CN100574938C - 镁铝复合板材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁铝复合板材及其制造方法，所述的镁铝复合板材，由至少一层镁或镁合金板和至少一层铝或铝合金板真空压铸在一起构成，至少有一个两层结合面具有相互咬合的锯齿结构。即，镁铝复合板材是由镁板和铝板，或者是镁合金板和铝板，再或者是镁板和铝合金板，又或者是镁合金板和铝合金板真空压铸构成，可以为两层，也可以为三层或三层以上的结构。上述制造方法为，先将制作好的铝或铝合金板成品作为模具的镶嵌件预热一定温度后放进镁或镁合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。本发明复合板材结合面具有互相咬合的锯齿结构，使得层次之间紧密结合，复合强度较高。

Description

镁铝复合板材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合板材及其制造方法，尤其是一种由镁或镁合金板和铝或铝合金板复合的板材及其制造方法。

背景技术

镁是最轻的金属结构材料，资源丰富，制取方便，电磁屏蔽性能优异，易于回收。诸多的优异性能使镁在很多领域有广泛的应用价值，如汽车、航空航天、IT行业等，并且由于其良好的生物相容性，有可以做生物材料的可能性。随着镁及镁合金在汽车零部件、电子产品及航空航天领域中的应用逐渐扩大，有望逐渐取代铝及铝合金零部件。在某些特殊场合下，还要求将镁与铝焊接成复合构件，以充分发挥镁与铝各自的性能优势，大大提高工业装备对轻质结构件的性能要求。但由于镁和铝表面极易形成氧化膜、二者的物理化学性能差异较大，所以焊接时接头处产生的热应力易导致焊接裂纹，焊接性差。此外，镁和铝焊接时，接头区还容易形成脆性的镁铝化合物，降低接头的强韧性，影响焊件的使用性能。

国内外有关镁与铝异种活性金属的焊接主要采用钨极氩弧焊、电子束焊和搅拌摩擦焊。例如，采用搅拌摩擦焊技术对镁与6061铝合金进行连接，由于搅拌摩擦焊是依靠搅拌头摩擦产生热量，使元素扩散和晶粒重新组合实现镁与6061铝合金之间的结合，因此对工件定位要求非常严格，只适合于平直接头，难以实现复杂接头的连接。还有采用不同的焊丝作为填充金属，用钨极氩弧焊和电子束焊技术对纯铝与铸造镁合金进行焊接，发现在接头熔合区附近出现镁与铝的共晶组织，并且在镁合金一侧的熔合区附近容易形成连续脆性相，降低接头的强韧性。因此，解决镁与铝的焊接难题，实现镁与铝异种活性金属的可靠连接，制备出镁与铝的复合结构件，会大大推动镁及其合金在航空航天、电子及汽车领域的广泛应用。

申请号为200610068958.X的中国专利公开了一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，属于有色金属的焊接技术领域。步骤如下：连接前清理镁与铝的待焊工件表面，将镁与铝待焊工件置于真空室中，用上、下压头压紧，在高真空下实现镁与铝的快速扩散连接。快速加热和保温完成后，通过气动阀门控制和水循环快速冷却至100℃以下，然后关闭氮气和取出焊件，获得界面结合良好的镁-铝扩散焊接头。采用上述方法可获得不出现Mg-Al脆性化合物的焊接接头，接头界面区域无裂纹产生，但是该方法成本高、不适合大规模投入使用，也不适合在板材间加工使用，抗震性不强。

目前提高镁及镁合金表面的耐腐蚀性能的表面防护技术还有化学转化膜、微弧阳极氧化处理、有机涂层和镀层等。化学转化膜方法处理剂大都含有铬或重有色金属元素，从而有对环境和人体造成不同程度危害的局限性；而微弧阳极氧化处理方法的工艺比较落后，其电能消耗高，且由于它使用高电压、大电流密度，这使得单个工件的加工面积受到限制；有机涂层和镀层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，而且处理剂中大多有毒。由于铝自身在氧化环境下可以生成致密的三氧化二铝膜，将基体与环境隔离开来，使基体不再受到腐蚀，提高了自身的耐腐蚀性能。目前已经有人成功地用热喷涂法、磁控溅射法在镁或镁合金表面得到了铝层，腐蚀实验显示基体的耐腐蚀性能得到很大提高。但是这些方法的过程复杂，处理过程价格昂贵，并不适合工业化应用。

申请号为200610012409.0的中国专利公开了一种镁铝复合材料及其制备方法，属于材料加工工程领域。具体来讲是通过将镁或镁合金包埋于纯铝粉、铝合金粉或按照一定比例混合的铝粉或铝合金粉、三氧化二铝与氟化钠的均匀混合物中，在真空或有还原性气体保护的条件下，在350～500℃保温30～120min，在镁或镁合金表面获得均匀致密的渗铝层的工艺方法。上述方法所制备的以镁或镁合金为基体以渗铝层为表层的镁铝复合材料，虽然克服了镁及镁合金自身耐腐蚀性能差的缺点，并且保持了镁及镁合金具有的良好的消震性、电磁屏蔽性等性能，同时也获得了铝的表面可修饰性能好的优点，但是生产方法复杂，生产成本高，不适用于工业化批量生产，若用于生产板材，则铝表层强度较低，容易破坏表层结构从而腐蚀下补的镁层。

另外，现有的多层复合板材也有使用粘合的方式制造，通常需用粘合剂经冷压定型后再经热压处理后才能完成，由于热压需要设备及热能，会造成生产成本上升及增加环境污染。

申请号为01238747.9的中国专利公开了一种铝镁复合板，铝镁复合板，包括上下两层铝板、中间镁板层，其特征在于：镁板的上下各有一层无纺布，铝板由粘合剂粘接镁板外的无纺布。该结构制造的复合板剥离强度较低，抗震性较差，容易散板。

有鉴于此特提供本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种由镁板和铝板，或镁合金板和铝板，或镁板和铝合金板，或镁合金板和铝合金板真空压铸在一起构成的复合板材，该结构结合面采用锯齿结构增强复合强度。

本发明的另一目的在于提供镁铝复合板材的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种镁铝复合板材，其特征在于：所述的镁铝复合板材由至少一层镁或镁合金板和至少一层铝或铝合金板真空压铸在一起构成，至少有一个两层结合面具有相互咬合的锯齿结构。

所述的镁铝复合板材包括一层镁或镁合金板和一层铝或铝合金板，上表层为铝或铝合金板，厚度为2～10mm，下层为镁或镁合金板。

所述的铝或铝合金板为∏结构，将下层的镁或镁合金板四周包住，或将下层的镁或镁合金板四周和下表面边沿一起包住。

所述的锯齿结构为设于结合面的凹凸结构，凹凸结合之间设有增大结合强度的凸块，或者，所述的锯齿结构为螺纹柱或螺纹孔结构。

一种如上述权利要求所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：将制作好的铝或铝合金板成品作为模具的镶嵌件预热一定温度后放进镁或镁合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

所述的镁铝复合板材也能够先制造出镁或镁合金板成品，然后将其作为模具的镶嵌件预热后放进铝或铝合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注铝或铝合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

所述作为模具镶嵌件的铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品均为通过真空压铸机制造，首先将锯齿结构凸台做为板材模具一个面的镶嵌件，预热到150℃以上后，放进抽真空模具内，进行合模，浇注铝或铝合金熔水或镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为一面为锯齿结构另一面为平面结构的铝或铝合金板或镁或镁合金板。作为模具镶嵌件的铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品制造后，可以先进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，然后再与另外的材料真空压铸。

所述的锯齿结构也能为二次加工工艺成型，先制造出铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品后，通过冲压或腐蚀或切割工艺加工形成板面的锯齿结构。

所述的抽真空压射采取三级过程：

第一级为慢压射，压射冲头以较慢速度0.2m/s～0.3m/s推进，冲头慢压射总行程为270mm～290mm，到位后瞬间转为快压射；第二级快压射的冲头速度为1m/s～6m/s，快压射将熔水把模具型腔基本填满后瞬间转入第三级增压；增压结束后，内外压力差为零后完成一次填充全过程；

慢压射从初始开始启动时，抽真空机就开始启动工作，在慢压射行程中对抽真空机设定了延时1.5～2秒启动抽真空，抽真空为0.1～0.2秒，在增压之前快压射过程完成，真空机抽真空负压是0.045Mpa～0.055Mpa。

所述的模具预热温度为180℃～200℃，模具工作温度要求保持在220℃～300℃。

上述的镁铝复合板材及制造方法不仅仅指两层复合，还可以是三层及三层以上，例如可以是镁板、铝板和铝合金板复合，或镁合金板、铝板和铝合金板复合，或铝板、铝合金板、镁板和镁合金板一起复合，其制造方法均为先通过真空压铸的方式制造成品后，作为模具镶嵌件放入另一材料的真空压铸机内制造。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明镁铝复合板材的镁板或镁合金板和铝板或铝合金板之间的结合面形成互相咬合的锯齿或凹凸结构，使得两种板材紧密结合，不易开裂，复合强度较高。这种复合板材用作工作台台面时，以铝或铝合金面作为工作面，具有耐久性好、不易氧化、表面可进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工的优点，加工时完全以二次加工后的铝或铝合金面作为模具镶嵌件与镁水或镁合金水进行真空压铸复合，结合强度高，加工批量化，成本较低；由于复合板材的另一层是镁板或镁合金板，使得制成品相对于同样大小的完全由铝合金制成的板材而言，具有重量轻、刚性强、耐冲撞、阻尼吸震性能好等优点。本发明相比现有技术的粘合方式、焊接方式、化学方式等将镁铝复合的加工工艺而言，无论是复合板材的结合强度，还是加工成本、质量及数量均有极大的提高。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明所述的镁铝复合板材一种实施例的断面结构示意图；

图2是本发明所述的镁铝复合板材另一种实施例的断面结构示意图；

图3是本发明所述的镁铝复合板材再一种实施例的断面结构示意图；

图4至图6是本发明所述的镁铝复合板材真空压铸时抽真空压射的各状态示意图。

具体实施方式

本发明所述的镁铝复合板材，由至少一层镁或镁合金板和至少一层铝或铝合金板真空压铸在一起构成，至少有一个两层结合面具有相互咬合的锯齿结构。也就是说，镁铝复合板材是由镁板和铝板，或者是镁合金板和铝板，再或者是镁板和铝合金板，又或者是镁合金板和铝合金板真空压铸构成，可以为两层，也可以为三层或三层以上的结构，例如可以是镁板、铝板和铝合金板复合，或镁合金板、铝板和铝合金板复合，或铝板、铝合金板、镁板和镁合金板一起复合。

实施例一

如图1所示，该实施例所述的镁铝复合板材包括一层镁或镁合金板和一层铝或铝合金板，上表层为铝或铝合金板1a，厚度为2～10mm，下层为镁或镁合金板2a，其中铝或铝合金板1a为∏结构，将下层的镁或镁合金板2a四周包住，两层之间的结合面为锯齿结构3a以增大结合强度。

实施例二

如图2所示，该实施例所述的镁铝复合板材包括一层镁或镁合金板和一层铝或铝合金板，上表层为铝或铝合金板1b，厚度为10mm，下层为镁或镁合金板2b，其中铝或铝合金板1b为∏结构，将下层的镁或镁合金板2b四周包住，两层之间的结合面的锯齿结构为凸块3b构成的凹凸结构。

实施例三

如图3所示，该实施例所述的镁铝复合板材包括一层镁或镁合金板和一层铝或铝合金板，上表层为铝或铝合金板1c，厚度为10mm，也可以为10mm以上，下层为镁或镁合金板2c，其中铝或铝合金板1c将下层的镁或镁合金板2c四周和下表面边沿一起包住，两层之间的结合面的锯齿结构为凸块3c构成的凹凸结构，凹凸结合之间设有增大结合强度的凸起4c。

本发明所述的镁铝复合板材不仅仅是上述三种结构，还可以是上述三种结构的结合，所述的锯齿结构还能够为螺纹柱或螺纹孔结构或其它结构。另外为了增强结合强度，还可以冲压螺栓孔，通过螺栓将其加强固定。

本发明所述的镁铝复合板材的制造方法为，将制作好的铝或铝合金板成品作为模具的镶嵌件预热一定温度后放进镁或镁合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

或者也可以为，先制造出镁或镁合金板成品，然后将其作为模具的镶嵌件预热后放进铝或铝合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注铝或铝合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

上述两种制造方法中，作为模具镶嵌件的铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品均为通过真空压铸机制造，其中关于锯齿结构可以在真空压铸机制造，也可以制造好成品后通过二次加工工艺成型，即先制造出铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品后，通过冲压或腐蚀或切割工艺加工形成板面的锯齿结构。

如果锯齿结构在真空压铸机制造，首先是将锯齿结构凸台做为板材模具一个面的镶嵌件，预热到150℃以上后，放进抽真空模具内，进行合模，浇注铝或铝合金熔水或镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为一面为锯齿结构另一面为平面结构的铝或铝合金板或镁或镁合金板。冷却由模具取出后，再经过清理飞边及毛刺后，进行预热至150℃以上，再将该成品作为镶嵌件放进抽真空模具内，合模后通过浇注镁或镁合金熔水或铝或铝合金熔水，冷却取出得到复合板材成品。

作为模具镶嵌件的铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品制造后，可以先进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，然后再与另外的材料真空压铸。

如图4至图6所示，在真空压铸机制造时，所述的抽真空压射采取三级过程：

第一级为慢压射(参阅图4)，压射冲头5以较慢速度0.2m/s～0.3m/s推进，冲头慢压射总行程为270mm～290mm，到位后瞬间转为快压射，该位置为冲头推过熔水进料口6(参阅图5)，第二级快压射的冲头速度为1m/s～6m/s，快压射将熔水把模具型腔7基本填满后瞬间转入第三级增压，如图6所示，冲头5推到A位置后开始增压，增压结束后，内外压力差为零后完成一次填充全过程。

慢压射从初始开始启动时，抽真空机就开始启动工作，在慢压射行程中对抽真空机设定了延时1.5～2秒启动抽真空，抽真空为0.1～0.2秒，在增压之前快压射过程完成，真空机抽真空负压是0.045Mpa～0.055Mpa。

真空压铸时，模具需要加热，所述的模具预热温度为180℃～200℃，模具工作温度要求保持在220℃～300℃。

上述的镁铝复合板材制造方法不仅仅指两层复合，还可以是三层及三层以上，例如可以是镁板、铝板和铝合金板复合，或镁合金板、铝板和铝合金板复合，或铝板、铝合金板、镁板和镁合金板一起复合，其制造方法均为先通过真空压铸的方式制造成品后，作为模具镶嵌件放入另一材料的真空压铸机内制造。

本发明镁铝复合板材的镁板或镁合金板和铝板或铝合金板之间的结合面形成互相咬合的锯齿或凹凸结构，使得两种板材紧密结合，不易开裂，复合强度较高。这种复合板材用作工作台台面时，以铝或铝合金面作为工作面，具有耐久性好、不易氧化、表面可进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工的优点，加工时完全以二次加工后的铝或铝合金面作为模具镶嵌件与镁水或镁合金水进行真空压铸复合，结合强度高，加工批量化，成本较低；由于复合板材的另一层是镁板或镁合金板，使得制成品相对于同样大小的完全由铝合金制成的板材而言，具有重量轻、刚性强、耐冲撞、阻尼吸震性能好等优点。本发明相比现有技术的粘合方式、焊接方式、化学方式等将镁铝复合的加工工艺而言，无论是复合板材的结合强度，还是加工成本、质量及数量均有极大的提高。

Claims (10)

1、一种镁铝复合板材，其特征在于：所述的镁铝复合板材由至少一层镁或镁合金板和至少一层铝或铝合金板真空压铸在一起构成，至少有一个两层结合面具有相互咬合的锯齿结构。

2、根据权利要求1所述的镁铝复合板材，其特征在于：所述的镁铝复合板材包括一层镁或镁合金板和一层铝或铝合金板，上表层为铝或铝合金板，厚度为2～10mm，下层为镁或镁合金板。

3、根据权利要求2所述的镁铝复合板材，其特征在于：所述的铝或铝合金板为Π结构，将下层的镁或镁合金板四周包住，或将下层的镁或镁合金板四周和下表面边沿一起包住。

4、根据权利要求1或3所述的镁铝复合板材，其特征在于：所述的锯齿结构为设于结合面的凹凸结构，凹凸结合之间设有增大结合强度的凸块，或者，所述的锯齿结构为螺纹柱或螺纹孔结构。

5、一种如权利要求1-4任意一项所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：将制作好的铝或铝合金板成品作为模具的镶嵌件预热一定温度后放进镁或镁合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

6、根据权利要求5所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：所述的镁铝复合板材也能够先制造出镁或镁合金板成品，然后将其作为模具的镶嵌件预热后放进铝或铝合金的抽真空模具内，在真空压铸造机内进行合模，浇注铝或铝合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为镁铝复合板材。

7、根据权利要求6所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：所述作为模具镶嵌件的铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品均为通过真空压铸机制造，首先将锯齿结构凸台做为板材模具一个面的镶嵌件，预热到150℃以上后，放进抽真空模具内，进行合模，浇注铝或铝合金熔水或镁或镁合金熔水，然后抽真空压射，最后成型为一面为锯齿结构另一面为平面结构的铝或铝合金板或镁或镁合金板。

8、根据权利要求7所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：所述的锯齿结构也能为二次加工工艺成型，先制造出铝或铝合金板成品或镁或镁合金板成品后，通过冲压或腐蚀或切割工艺加工形成板面的锯齿结构。

9、根据权利要求7所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：所述的抽真空压射采取三级过程：

第一级为慢压射，压射冲头以较慢速度0.2m/s～0.3m/s推进，冲头慢压射总行程为270mm～290mm，到位后瞬间转为快压射；第二级快压射的冲头速度为1m/s～6m/s，快压射将熔水把模具型腔基本填满后瞬间转入第三级增压；增压结束后，内外压力差为零后完成一次填充全过程；

慢压射从初始开始启动时，抽真空机就开始启动工作，在慢压射行程中对抽真空机设定了延时1.5～2秒启动抽真空，抽真空为0.1～0.2秒，在增压之前快压射过程完成，真空机抽真空负压是0.045Mpa～0.055Mpa。

10、根据权利要求7所述的镁铝复合板材的制造方法，其特征在于：模具预热温度为180℃～200℃，模具工作温度要求保持温度为220℃～300℃。

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