CN100415504C - 耐腐蚀镁铝复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐腐蚀镁铝复合材料及其制备方法，属于材料加工工程领域。具体来讲是通过在镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金之间添加熔点较低的锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合，在温度为200～500℃，大气状态下施加0～50MPa的恒定压力或是在有石墨、氧化铝或氧化镁等惰性剂包埋的条件下施加0～200MPa的恒定压力，并保温20～50分钟的条件下，形成具有连接层的镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金复合材料的制备方法。这种复合材料具有优异的抗腐蚀、消震性、电磁屏蔽性、可修饰性等性能。这种制备方法工艺简单，产品质量稳定，易于控制，生产成本低，适用于工业化批量生产。
Description
一、技术领域
本发明耐腐蚀镁铝复合材料及制备方法属于材料加工工程领域，具体来讲是一种通过在镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金中间加连接剂材料锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合后施压并保温，形成过渡层，实现镁、铝的结合，形成耐腐蚀镁铝复合材料的制备方法。
二、背景技术
镁具有密度低、比强度大、电磁屏蔽性能优异等优点，尤其是经过国内外近十多年的研究，镁的各项性能得到了较大改善(S.Kamado，J.Koike，K.Kondoh，Y. Kawamura，[Mat.Sci.Forum 419-422(2003)21])，可望成为理想的航空航天及未来汽车工业用结构材料。但是由于镁的电位非常负，氧化膜疏松多孔，所以其抗腐蚀性能很差，限制了镁的工业应用(F.Stippich，E.Vera，[Surf.Coat.Technol.103-104(1998)29-35])。目前通过表面改性提高镁及镁合金抗腐蚀性能方法有：(1)化学处理(H.Tsubakino，A.Yamamoto，K.Sugahara，S.Fukumoto，[Mat.Sci.Forum 419-422(2003)915.])，通过化学处理可以在基体表面形成由氧化物或金属盐构成的钝化膜，这层膜与基体具有良好的结合力，阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。但是这种方法处理剂大都含有铬或重有色金属元素，从而对环境和人体有不同程度危害的局限性。(2)阳极氧化(A.L.Rudd，C.B.Breslin，F.Mansfeld，[Corros.Sci.42(2000)275])，镁合金的阳极氧化处理较化学处理可以大幅度提高耐蚀能力。但是这种方法的工艺比较落后。(3)金属镀层(A.Yfantis，I.Paloumpa，D.Schmeiber，D.Y fantis，[Surf.Coat.Technol.151-152(2002)400])，使用氟化物为活化剂，经过化学镀镍、钝化及热处理，镀层具有良好的力学性能、耐蚀性、可焊性及对环境的稳定性，但是这种方法的处理过程价格昂贵。虽然上述表面改性技术均不同程度地提高了镁的抗腐蚀性能，但至今仍未找到一种工艺简单、适用于工业化批量生产，同时符合环保要求的方法。
三、发明内容
本发明耐腐蚀镁铝复合材料及其制备方法，目的在于公开一种耐腐蚀镁铝复合材料，其特征在于是一种镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金之间通过锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合作为中间连接层结合在一起的耐腐蚀镁铝复合材料，其连接层为低熔点的锌、锡、质量百分比为Zn+0～30％Sn的锌锡组合、质量百分比为Zn+0～25％Al的锌铝组合、质量百分比为Zn+35～55％Mg的锌镁组合、质量百分比为Sn+0～5％Al的锡铝组合、质量百分比为Sn+0～5％Mg的锡镁组合、质量百分比为Al+30～70％Mg的铝镁组合、质量百分比为Zn+0～20％Sn+0～5％Mg的锌锡镁组合或质量百分比为Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg的锌锡铝镁组合。
所述的一种耐腐蚀镁铝复合材料，其特征在于是所述的镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金的形状为块体、板材或薄膜材料。
所述的一种耐腐蚀镁铝复合材料的制备方法，其特征在于是通过在镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金之间添加低熔点连接材料锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合，在温度为200～500℃，大气状态下施加0～50MPa的恒定压力或是在有石墨、氧化铝或氧化镁等惰性剂包埋的条件下施加0～200MPa的恒定压力，并保温20～50分钟的条件下，形成具有连接层的镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金复合材料的制备方法。
所述的一种耐腐蚀镁铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的低熔点连接材料的熔点低于400℃，锌锡组合的质量配比为Zn+0～30％Sn，锌铝组合的配比为Zn+0～25％Al，锌镁组合的配比为Zn+35～55％Mg，锡铝组合的配比为Sn+0～5％Al，锡镁组合的配比为Sn+0～5％Mg，铝镁组合的质量配比为Al+30～70％Mg，锌锡镁组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～5％Mg，锌锡铝组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～5％Al，锌锡铝镁组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg。
本发明的优点：
本发明耐腐蚀镁铝复合材料及其制备方法，所用的连接材料来源充足，价格低廉；加工工艺简单，产品质量稳定，易于控制，可使用通用型设备，生产成本低，适用于工业化批量生产。所制备成的这种耐腐蚀镁铝复合材料是具有优异的抗腐蚀、消震性、可修饰性等性能的复合材料。可满足电子工业、航空航天及未来汽车工业用重要零部件的技术要求。
四、附图说明
图1为将铝片、镁片用砂纸磨出新鲜面，将锌粉均匀铺于中间，用石墨包埋，在300℃施加超过铝的屈服强度的外力，保持35分钟，冷却后得到的耐腐蚀镁铝复合板结合面的扫描电子显微像。
图2为镁元素的元素分布面扫描图。
图3为锌元素的元素分布面扫描图。
图4为铝元素的元素分布面扫描图。
五、具体实施方式
实施方式1
将尺寸为10×10×2mm3的铝片、10×10×2mm3的镁片用砂纸磨出新鲜面，0.5克锌粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在300℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持35分钟，冷却后，即得到通过锌为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。扫描电镜(SEM)观察到如图1所示的过渡层。
实施方式2
将尺寸为10×10×0.1mm3的铝片、10×10×10mm3的镁块用砂纸磨出新鲜面，0.5克锡粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在250℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持30分钟，冷却后，即得到通过锡为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式3
将尺寸为10×10×2mm3的铝片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，0.5克质量百分比为Sn+3％Al的锡铝组合粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在250℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持35分钟，冷却后，即得到通过锡铝为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式4
将尺寸为10×10×0.1mm3的铝片、10×10×10mm3的AZ91镁合金块用砂纸磨出新鲜面，0.5克质量百分比为Zn+15％Al的锌铝组合粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在400℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持25分钟，冷却后，即得到通过锌铝为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式5
采用具有新鲜表面的尺寸为10×10×10mm3的Al-Mg-Si合金块、10×10×10mm3的镁块，中间加厚度为10μm的镁锌钇合金薄片，在室温下压实，在400℃施加低于铝的屈服强度的外力(8MPa)下，保持30分钟，冷却后得到通过镁锌钇合金为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式6
采用具有新鲜表面的尺寸为10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的镁片，中间加0.5克质量百分比为Zn+40％Mg的锌镁组合粉，在室温下压实，在300℃施加低于铝的屈服强度的外力(8MPa)下，保持35分钟，冷却后，得到通过锌镁为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式7
将尺寸为10×10×2mm3的铝片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，0.5克质量百分比为Zn+15％Sn+3％Al+3％Mg的锌锡铝镁组合粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在250℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持35分钟，冷却后，即得到通过锌锡铝镁为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式8
将尺寸为10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，在铝片表面镀锌，镀层厚度为10μm，将镀锌Al-Mg-Si合金片与AZ91镁合金片叠放一起，在300℃加压(20MPa)，保持35分钟，冷却后，即得到以锌为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式9
将尺寸为10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，在Al-Mg-Si合金片表面镀锡，镀层厚度为10μm，将镀锡Al-Mg-Si合金片与AZ91镁合金片叠放一起，在250℃加压(20MPa)，保持35分钟，冷却后，即得到以锡为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式10
将尺寸为10×10×2mm3的铝片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，0.5克质量百分比为Zn+15％Sn+3％Al的锌锡铝组合粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在250℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持35分钟，冷却后，即得到通过锌锡铝为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
实施方式11
将尺寸为10×10×2mm3的铝片、10×10×2mm3的AZ91镁合金片用砂纸磨出新鲜面，0.5克质量百分比为Zn+15％Sn+3％Mg的锌锡镁组合粉均匀铺于中间，用石墨粉包埋，在室温下压实，在250℃施加超过铝、镁在保温温度下的屈服强度的外力(200MPa)下，保持35分钟，冷却后，即得到通过锌锡镁为中间连接层结合的耐腐蚀镁铝复合材料。
Claims (4)
1. 一种耐腐蚀镁铝复合材料，其特征在于是一种镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金之间通过锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合作为中间连接层结合在一起的耐腐蚀镁铝复合材料，其连接层为低熔点的锌、锡、质量百分比为Zn+0～30％Sn的锌锡组合、质量百分比为Zn+0～25％Al的锌铝组合、质量百分比为Zn+35～55％Mg的锌镁组合、质量百分比为Sn+0～5％Al的锡铝组合、质量百分比为Sn+0～5％Mg的锡镁组合、质量百分比为Al+30～70％Mg的铝镁组合、质量百分比为Zn+0～20％Sn+0～5％Mg的锌锡镁组合或质量百分比为Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg的锌锡铝镁组合。
2. 按照权利1所述的耐腐蚀镁铝复合材料，其特征在于是所述的镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金的形状为块体、板材或薄膜材料。
3. 按照权利要求1所述的一种耐腐蚀镁铝复合材料的制备方法，其特征在于是通过在镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金之间添加低熔点连接材料锌、锡或锌锡铝镁之间的相互组合，在温度为200～500℃，大气状态下施加0～50MPa的恒定压力或是在有石墨、氧化铝或氧化镁等惰性剂包埋的条件下施加0～200MPa的恒定压力，并保温20～50分钟的条件下，形成具有连接层的镁与铝、镁合金与铝、镁与铝合金或镁合金与铝合金复合材料的制备方法。
4. 按照权利要求3所述的一种耐腐蚀镁铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的低熔点连接材料的熔点低于400℃，锌锡组合的质量配比为Zn+0～30％Sn，锌铝组合的配比为Zn+0～25％Al，锌镁组合的配比为Zn+35～55％Mg，锡铝组合的配比为Sn+0～5％Al，锡镁组合的配比为Sn+0～5％Mg，铝镁组合的质量配比为Al+30～70％Mg，锌锡镁组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～5％Mg，锌锡铝组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～5％Al，锌锡铝镁组合的配比为Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg。
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