CN113733685B - 一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法 - Google Patents

一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种轻质高强Mg‑Al‑Ta复合金属板材及该复合金属板材的轧制成型方法，本发明所述的轻质高强Mg‑Al‑Ta复合金属板材通过在镁合金板和纯钽金属板之间增加轻质金属轧制纯铝中间层，并通过温轧成型将镁和钽金属之间形成机械和冶金连接高强度界面，制备出轻质、高强度的Mg‑Al‑Ta复合金属板材，为轻质结构材料与重金属材料之间的成型提供新的思路，同时对于深空探测航天器结构技术水平的提升具有积极的意义。

Description

一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体而言，涉及一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法。
背景技术
深空探测技术的高速发展对材料的需要更加多元和苛刻，以月球探测、火星探测、太阳系外探测等太空活动，探测器面临诸如星体辐射、太阳风、宇宙背景辐射等非常强的电磁环境，其中高能量的粒子撞击对航天器设备的服役及其寿命的影响非常大，在减少设备的运行寿命的同时，甚至会严重恶化有效载荷的探测性能。各国对于该星体的深空探测均将高能粒子的防护作为结构设计的关键技术。基于这种航天器发射及具体服役环境对减重、稳定性、防辐射等要求，具有优异电磁屏蔽性的轻质金属合金是提升探测器性能的重要途经，其中最重要的是如何低成本、工业化地制造高性能金属零部件。
目前国外的相关探测结构件大多采用密度较大的重金属制造。通过重金属较强的韧致反射和散射等屏蔽强大的磁场和高能粒子对电子设备的影响。如美国采用钛合金、欧洲采用纯钽金属制造的屏蔽结构件，在发挥有色屏蔽的同时导致探测器结构件重量大幅增加，整个结构重量不小于180kg。镁合金是最轻的金属结构材料，比强度高、成型性优异，同时制造成本低廉，是航天领域重要的一类轻质金属材料，但是其电磁屏蔽性能较差。为优化航天器的整体性能，从双金属复合的角度优化材料的抗磁、高能粒子轰击性能，进而制造出保证优异防辐射性的同时又能降低结构件重量的镁/钽金属。
然而，对于轻质Mg合金和纯Ta两种材料，二者的熔点相差2300℃(钽的熔点约为2995℃、镁的熔点约650℃)，而且晶格结构相异(钽为BCC、镁HCP)，极易在累积叠轧过程中界面变形不协调、热物理性能不匹配等引起界面不结合、结合差等问题。而且，二者的互溶度非常小(＜0.1％wt)，如图1所示的Mg-Al-Ta二元相图显示，在650℃以下镁、钽两种元素之间无论采用何种比例都不会发生元素间的扩散，导致单纯的Mg和Ta无法形成一定深度的冶金结合界面，这些均造成了Mg/Ta复合板材室温轧制成型的技术瓶颈。为此，本专利提出了一种新型的增加纯铝中间层的镁/钽复合板材的差热温轧工艺，实现镁/钽复合板材的有效结合，同时兼具优良的强度。
目前，国内在Mg/Ta的轧制成型方面，如中国专利CN112742870A公开的异种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其在Mg/Ta的轧制成型时，采用包套方式进行镁合金和纯钽的热轧成型，虽可以得到成型的Mg/Ta复合板材，但其使用性能尤其强度性能并不十分理想，且热轧成型的工艺影响了该复合板材的工程化生产效率。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法。所述板材通过增加轧制中间层，使得镁、钽金属之间通过特有的中间层轻质金属形成连接，板材具有轻质、高强度、兼具机械和冶金结合的界面等优势，且当纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1-5μm，其结合强度较高，满足使用要求。
本发明实施例的第一方面提供一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，其特征在于，包括顺次复合且相邻板层之间存在扩散界面的镁合金板层、纯铝中间层、纯钽板层、纯铝中间层和镁合金板层；所述纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1-5μm。
在一种可能的实现方式中，所述纯铝中间层的厚度为0.01-0.15mm；所述镁合金板层的厚度为0.1～3.0mm；所述纯钽板层的厚度为0.1～3mm。
本发明实施例的第二方面提供了一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取选定的镁合金板进行预退火处理；将选定的纯钽板、纯铝板以及预退火处理后的所述镁合金板依次选择性地进行表面处理和保温处理；
(2)按照所述复合金属板材的结构，将所述镁合金板、纯铝板和纯钽板进行顺序堆叠，并进行温轧成型，得到复合板材；
(3)将上述轧制后的复合板材进行退火处理。
在一种可能的实现方式中，所述步骤(1)中，所述纯钽板与镁合金板的厚度比例为1:1～10；纯钽板和纯铝板的厚度比例为1:0.01～0.1；同时应当满足当所述纯钽板厚度为0.2～3mm时，所述镁合金板的厚度为0.2～6mm，所述纯铝板厚度为0.01～0.3mm。
在一种可能的实现方式中，所述表面处理中，纯钽板、纯铝板和镁合金板表面处理后粗糙度(Ra)控制在100-500μm范围内。
在一种可能的实现方式中，所述保温处理中，纯钽板在150-550℃保温10-40min，镁合金板在100-300℃下保温10-30min。
在一种可能的实现方式中，所述步骤(1)中，镁合金板退火热处理工艺为：150-250℃保温1-5h，空冷至室温。
在一种可能的实现方式中，所述步骤(2)中，温轧成型控制参数为：轧辊温度150-250℃，轧制道次至少一次，首道次压下量为40％～70％。
在一种可能的实现方式中，所述步骤(3)中，退火处理控制参数为：退火温度为100-300℃，保温时间1-3h，冷却方式为随炉冷却或炉外空冷。
本发明还公开了所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材或所述方法成型得到的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材在航空航天领域的应用。
本发明所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，通过增加轧制纯铝中间层，促进镁与铝之间、钽与铝之间的界面扩散，使得镁、钽金属之间通过中间层形成连接。由于金属铝等轻质金属同样具备较低的密度，同时其延展性能良好，适合与其他金属的结合。本发明方案的研究显示，如图2所示的镁-铝二元相图，从0℃开始，镁、铝之间即可实现元素扩散，在450℃左右，任何成分比例的两种金属组元间都会完全形成固溶体，因此该两种材料间结合性能优异。而如图3中所示的铝-钽二元相图，显示，铝、钽之间，随着铝的含量降低，其更容易向钽中扩散，当铝含量极低时最低可在300℃左右时完全溶入钽组元，而当铝含量增加时，二元相图中会出现铝、钽之间的化合物，并且会在较低温度下生成铝、钽之间的固溶体结构。
本发明所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的成型方法，为了促进镁合金和纯钽之间的界面冶金结合以及轧制的顺利进行，采用保温处理并温轧成型，能够提高界面原子扩散速度，有效促进了界面的原子扩散和融合，进而快速地形成有效的冶金结合，形成机械和冶金共存的高强度界面，但同时控制轧制温度，防止温度过高，导致界面扩散宽度过宽或界面形成较多强度较低的合金相影响复合金属板材的结合强度。综上，本发明采用铝层金属作为镁、钽金属轧制结合媒介，通过温轧工艺使异种金属镁合金和其他金属之间轧制成型，相比于传统热轧成型工艺下的产品，其结合强度高，力学性能优良。同时为深空探测航天器特殊屏蔽结构的研制提供支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为Mg-Ta二元相图；
图2为Mg-Al二元相图；
图3为Al-Ta二元相图；
图4为本发明镁-铝-钽复合板材温轧成型工艺流程图；
图5为40％(第一道次)压下量轧制板材界面扫描电子显微图；其中，(a)为AZ31B镁合金合金板未进行预退火处理(对比例1)，左、中、右依次为Ta-Al-AZ31B；(b)为AZ31B合金板进行预退火处理(实施例1)，左、中、右依次为Ta-Al-AZ31B；
图6为40％(第一道次)压下量复合板材镁-铝界面扩散宽度图；其中，(a)为预退火处理后复合板材镁-铝界面扩散宽度图(实施例1)；(b)为未预退火处理复合板材镁-铝界面扩散宽度图(对比例1)；(c)为预退火处理后复合板材钽-铝界面扩散宽度图(实施例1)；
图7为本发明复合板材各道次轧制工程应力-应变曲线；
图8为第一道次轧制后的镁/钽复合金属板材的形态图；
图9为第二道次轧制后镁/钽复合金属板材的形态图；
图10为第三道次轧制后镁/钽复合金属板材的形态图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本发明下述实施例中，所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的制备材料包含AZ31B镁合金板、1060铝板(纯铝板)以及实验用高纯度钽板，其中，所述纯钽板的成分范围如下：C-0.01％、H-0.015％、O-0.015％、Nb-0.05％、Fe-0.005％、W-0.01％、Mo-0.01％、Si-0.005％，其余为Ta。AZ31B镁合金板和1060铝板的化学成分应符合国家标准GB/T5153-2016、GB/T3190-2020中的规定。所述纯钽板与镁合金板的厚度比例为1:1～10；纯钽板和1060铝板的厚度比例为1:0.01～0.1；同时应当满足当所述纯钽板厚度为0.2～3mm时，所述镁合金板的厚度为0.2～6mm，所述1060铝板厚度为0.01～0.3mm。
实施例1
如图4所示，本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金板，1060铝板(即纯铝板)以及纯钽板，AZ31B镁合金板的厚度为2±0.1mm，1060铝板的厚度为0.1±0.02mm，纯钽板的厚度为2±0.1mm。具体各材料的尺寸如下表1所示；
表1镁/铝/钽板材尺寸图
首先进行预处理，利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，包括去除表面缺陷、杂质和氧化层，去除氧化层厚度不小于1μm，可以基于板材表面的具体情况确定需要去除的氧化层厚度以彻底去除板材表面的污渍，随后将AZ31B镁合金板进行预退火处理，消除AZ31B镁合金板的内部应力，可以选择150-250℃，保温时间1-5h，本实施例采用预退火温度为150℃，时间1h的退火工艺对AZ31B镁合金板进行处理，若满足复合金属板材的制备需求，则其他高于此温度的工艺应当也会满足复合金属板材的制备；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为100μm，采用的表面处理工艺不限于钢刷、砂磨机、角磨机、砂纸、激光打磨，或电化学蚀刻等方式；由于板材表面粗糙度越低，当其复合时机械结合强度越小，因此本实施例选用表面粗糙度为100μm进行实验，当采用粗糙度大于100μm的参数时，其机械结合强度更高。对打磨之后的AZ31B镁合金板，1060铝板和纯钽板进行表面清洗处理，所述清理步骤为用无水乙醇擦拭打磨过的材料表面，去除由于打磨加工等留下的油污，具体地，采用棉球蘸无水乙醇均匀擦拭材料表面，随后将纯钽板和预退火处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在150-550℃保温10-40min，镁合金板在100-300℃下保温10-30min。通常，保温温度越低则在温轧过程中冶金结合强度越低，因此保温温度一般情况下越高越好，但同时应当注意，纯钽板在高温下容易被氧化，合适的温度区间一方面可以提高板材复合的冶金结合强度，另一方面减少板材在温轧结合中氧化物的形成。本实施例纯钽板在150±5℃温度下保温10min，AZ31B镁合金板在100±5℃保温10min。
此处由于1060铝板较薄，无需进行保温处理，纯钽板虽然熔点高，但可加工性能好，延伸率高，无需进行退火处理，只需要进行至少10分钟的保温即可；此外为了方便铝板的准备，将轧制过程中的两个1060铝板厚度设置为相同；但本发明中的1060铝板可以采用厚度不同的规格。
(2)按照AZ31B-Al-Ta-Al-AZ31B顺序叠放并进行轧制，轧辊温度150℃，轧辊速率0.1-0.3m/s，0.1m/s与0.3m/s速度相差不大，对于板材的成型性能影响较小；首道次压下量在40％-70％之间，首道次压下量太小，板材之间难以结合，则金属板材复合失败，无法进行下一步轧制；压下量太大，则容易轧裂；本实施例，首道次压下量为40％。
(3)将上述轧制后的Mg-Al-Ta复合金属板材进行退火处理，退火温度为100-300℃，保温时间1-3h，选择此区间的原因为：当退火温度低时，去除复合金属板材内应力的效果较差；而温度过高会首先使得板材之间的固溶体熔化，界面结合强度降低，而此时纯钽板和AZ31B镁合金板内部的应力较大，在纯钽板和AZ31B镁合金板内应力的作用下变形，Mg-Al-Ta复合金属板材容易从界面处开裂。本实施例，优选150℃下保温1h，随炉冷却或空冷。
对比例1
本对比例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的制备方法同实施例1，其区别仅在于，所述步骤(1)中，所述AZ31B镁合金板未进行预退火处理。
对比例2
本对比例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法同实施例1，其区别在于，所述步骤(1)中，纯钽板和预退火处理后的AZ31B镁合金板未进行轧制前保温处理；并且，步骤(2)中，轧辊温度为常温。此时，Mg-Al-Ta复合金属板材未轧制成功。
如图5，第一道次压下量为40％时实施例1和对比例1轧制板材界面扫描电子显微图，可以看出，两种工艺下，Mg-Al-Ta界面结合紧密，机械连接良好。
如图6，在第一道次压下量为40％时实施例1和对比例1轧制板材Mg-Al扩散界面和实施例1轧制板材Al-Ta扩散界面线扫描图，在Mg-Al界面处，实施例1和对比例1的线扫描曲线区域平滑，Mg-Al复合板发生了部分元素扩散，但无明显的中间扩散层形成，AZ31B镁合金板经过预退火处理后，线扫描结果显示扩散层宽度增加，表明Mg-Al界面处结合增强，经过测量，经过预退火处理与未经过预退火处理的AZ31B镁合金板在Mg-Al界面扩散宽度分别为4.8μm和4.2μm。可见，经过预退火处理的AZ31B镁合金板，在一定程度上能增加镁-铝界面处的扩散宽度，使得轧制后板材界面冶金结合有一定增加。
在Al-Ta界面处，如图6c所示，实施例1的线扫描曲线区域平滑，Al-Ta复合板发生了部分元素扩散，但无明显的中间扩散层形成，经过测量，Al-Ta界面扩散宽度分别为1.4μm。可见，通过温轧成型的复合金属板材可以在一定程度上增加Al-Ta界面处的扩散宽度，使得扎后的板材界面冶金结合强度有一定的增加。
在第一道次轧制复合成功的基础上，未进行步骤(3)的退火处理，继续对所述复合金属板材进行第二道次轧制，其各项参数同实施例1方案，其区别仅在于，控制轧制压下量为20％，得到第二道次轧制后Mg-Al-Ta复合金属板材。
在上述第二道次轧制后Mg-Al-Ta复合金属板材的基础上，继续对所述复合金属板材进行第二道次轧制，其各项参数同实施例1方案，其区别仅在于，控制轧制压下量为20％，得到第三道次轧制后镁/钽复合金属板材。
如图7为上述Mg-Al-Ta复合金属板材在进行第一道次、第二道次和第三道次的真实应力-应变曲线，可见，随着轧制道次的增加，复合板材的抗拉强度逐渐增加，在1、2、3道次轧制下，复合板材的抗拉强度分别为(162±50)MPa、(274±10)MPa、(342±15)MPa。
上述Mg-Al-Ta复合金属板材在经过第一道次、第二道次和第三道次后，镁-铝界面扩散宽度依次为4.8、5.0、5.1μm，铝-钽界面扩散宽度依次为1.4、1.4和1.9μm；其轧制后的形态图如图8-10所示。
实施例2
本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金，1060铝板以及纯钽板，各板材的性能和尺寸同实施例1；利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，去除氧化层厚度不小于1μm，随后将AZ31B镁合金板进行预退火热处理，温度为180℃，时间3h；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为200μm，用无水乙醇将板材表面清理干净，随后将纯钽板和退火处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在200±5℃温度下保温30min，AZ31B镁合金板在150±5℃保温30min。
(2)轧辊温度170℃，轧辊速率0.1-0.3m/s，首道次压下量为50％。
(3)将上述轧制后的复合板材在保护气氛下进行退火处理，具体地退火参数为：200℃下保温2h，随炉冷却。
得到轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，铝-钽界面扩散宽度为2.1μm。
实施例3
本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金，1060铝板以及纯钽板，各板材的性能和尺寸同实施例1；利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，去除氧化层厚度不小于1μm，随后将AZ31B镁合金板进行退火热处理，温度为220℃，时间4h；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为300μm，用无水乙醇将板材表面清理干净，随后将纯钽板和热处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在400±5℃温度下保温30min，AZ31B镁合金板在260±5℃保温30min。
(2)轧辊温度220℃，轧辊速率0.1-0.3m/s，首道次压下量为65％。
(3)将上述轧制后的复合板材在保护气氛下进行退火处理，具体地退火参数为：260℃下保温2h，随炉冷却。
得到轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，铝-钽界面扩散宽度为4.5μm。
实施例4
本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金板，1060铝板(即纯铝板)以及纯钽板，AZ31B镁合金板的厚度为2±0.1mm，1060铝板的厚度为0.05±0.001mm，纯钽板的厚度为2±0.1mm。具体各材料的尺寸如下表2所示；
表2镁/铝/钽板材尺寸图
利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，去除氧化层厚度不小于1μm，随后将AZ31B镁合金板进行退火热处理，温度为200℃，时间3h；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为250μm，用无水乙醇将板材表面清理干净，随后将纯钽板和热处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在400±5℃温度下保温30min，AZ31B镁合金板在200±5℃保温30min。
此处由于铝板较薄，无需进行保温处理，此外纯钽板虽然熔点高，但可加工性能好，延伸率高，无需进行退火处理。
(2)按照AZ31B-Al-Ta-Al-AZ31B顺序叠放并进行轧制，轧辊温度170℃，轧辊速率0.1-0.3m/s，首道次压下量约45％，2-3道次压下量分别为20％、30％。
(3)将上述轧制后的Mg-Al-Ta复合金属板材在保护气氛下进行退火处理，具体退火参数为：200℃下保温2h，随炉冷却。
得到轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，铝-钽界面扩散宽度为4.6μm。
实施例5
本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金板，1060铝板(即纯铝板)以及纯钽板，AZ31B镁合金板的厚度为2±0.1mm，1060铝板的厚度为0.01±0.001mm，纯钽板的厚度为2±0.1mm。具体各材料的尺寸如下表3所示；
表3镁/铝/钽板材尺寸图
利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，去除氧化层厚度不小于1μm，随后将AZ31B镁合金板进行退火热处理，温度为200℃，时间3h；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为100μm，用无水乙醇将板材表面清理干净，随后将纯钽板和热处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在450±5℃温度下保温30min，AZ31B镁合金板在225±5℃保温30min。
此处由于铝板较薄，无需进行保温处理，此外纯钽板虽然熔点高，但可加工性能好，延伸率高，无需进行退火处理。
(2)按照AZ31B-Al-Ta-Al-AZ31B顺序叠放并进行轧制，轧辊温度170℃，轧辊速率0.15m/s，首道次压下量约40％，2-3道次压下量分别为20％、30％。
(3)将上述轧制后的Mg-Al-Ta复合金属板材在保护气氛下进行退火处理，具体退火参数为：250℃下保温2h，随炉冷却。
得到轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，铝-钽界面扩散宽度为4.6μm。
实施例6
本实施例所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成形方法，包括如下步骤：(1)准备AZ31B镁合金，1060铝板以及纯钽板，各板材的性能和尺寸同实施例5；利用砂磨机将纯钽板和AZ31B镁合金板分别进行表面预处理，去除氧化层厚度不小于1μm，随后将AZ31B镁合金板进行退火热处理，温度为200℃，时间3h；随后对纯钽板、1060铝板和AZ31B镁合金板进行二次表面处理，处理后的表面粗糙度Ra约为100μm，用无水乙醇将板材表面清理干净，随后将纯钽板和热处理后的AZ31B镁合金板之后进行轧制前保温处理，纯钽板在450±5℃温度下保温30min，AZ31B镁合金板在225±5℃保温30min。
(2)按照AZ31B-Al-Ta-Al-AZ31B顺序叠放并进行轧制，轧辊温度170℃，轧辊速率0.1-0.3m/s，首道次压下量约40％，2-3道次压下量分别为20％、30％。
(3)将上述轧制后的Mg-Al-Ta复合金属板材在保护气氛下进行退火处理，具体退火参数为：250℃下保温2h，随炉冷却。
得到轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，铝-钽界面扩散宽度为4.7μm。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，其特征在于，
包括顺次复合且相邻板层之间存在扩散界面的镁合金板层、纯铝中间层、纯钽板层、纯铝中间层和镁合金板层；所述纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1-5μm，所述纯钽板层与纯铝中间层之间形成固溶体结构。
2.根据权利要求1所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材，所述纯铝中间层的厚度为0.01-0.15mm；所述镁合金板层的厚度为0.1～3.0mm；所述纯钽板层的厚度为0.1～3mm。
3.根据权利要求1或2所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
包括如下步骤：
(1)取选定的镁合金板进行预退火处理；将选定的纯钽板、纯铝板以及预退火处理后的所述镁合金板依次选择性地进行表面处理和保温处理；
(2)按照所述复合金属板材的结构，将所述镁合金板、纯铝板和纯钽板进行顺序堆叠，并进行温轧成型，得到复合板材；
(3)将上述轧制后的复合板材进行退火处理。
4.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，所述纯钽板与镁合金板的厚度比例为1:1～10；纯钽板和纯铝板的厚度比例为1:0.01～0.1；同时应当满足当所述纯钽板厚度为0.2～3mm时，所述镁合金板的厚度为0.2～6mm，所述纯铝板厚度为0.01～0.3mm。
5.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述表面处理中，纯钽板、纯铝板和镁合金板表面处理后粗糙度(Ra)控制在100-500μm范围内。
6.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述保温处理中，纯钽板在150-550℃保温10-40min，镁合金板在100-300℃下保温10-30min。
7.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，镁合金板退火热处理工艺为：150-250℃保温1-5h，空冷至室温。
8.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述步骤(2)中，温轧成型控制参数为：轧辊温度150-250℃，轧制道次至少一次，首道次压下量为40％～70％。
9.根据权利要求3所述的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，
所述步骤(3)中，退火处理控制参数为：退火温度为100-300℃，保温时间1-3h，冷却方式为随炉冷却或炉外空冷。
10.权利要求1或2所述轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材或权利要求3-9任一所述方法成型得到的轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材在航空航天领域的应用。
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