CN100589892C - 超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法 - Google Patents

超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法 Download PDF

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Abstract

超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，它涉及一种镁/钛层状复合板材的制备方法。本发明解决了现有制备镁/钛复合材料的工艺较复杂、成本较高、材料的耐蚀性较差及制备镁/钛层状复合材料时界面结合较差的问题。本发明的步骤如下：一、对金属材料表面进行清理；二、进行叠放；三、将叠放好的板材进行退火处理；四、退火后的板材进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材。本发明的制备方法工艺简单、成本低廉、所得材料的耐蚀性好，界面结合较好。

Description

超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁/钛层状复合板材的制备方法。
背景技术
镁及镁合金存在低弹性模量、低强度、室温成形能力差及耐蚀性差的缺点，所以采用硬质金属相作为镁及镁合金的增强相可在提高其弹性模量和强度的同时，保持较高的塑性；其中钛及钛合金由于具有低密度、高比刚度、高比强度、优良的耐蚀性、耐热性和塑性变形能力，是镁及镁合金的最佳增强金属之一。目前的钛增强镁基复合材料主要采用粉末冶金法制备，制备工艺较复杂，成本较高，但由于钛颗粒弥散分布于镁基体中，制备的纯钛颗粒增强镁基复合材料的耐蚀性较差，抗拉强度小于300MPa，屈服强度小于200MPa，延伸率小于10％。
层状复合材料具有经济性和功能性兼备的特点，正在各个领域广泛应用，且层状复合材料的制备工艺相对简单，但是目前有采用扩散焊接法或铸造复合法制备镁/钛层状复合材料，但是由于镁和钛的熔点相差很大，且二者固、液态下的固溶度极低，互扩散能力差，且镁和钛的化学活性大，使界面产生大量的氧化物，连接后所得镁/钛层状复合材料界面结合较差，导致复合材料性能差。
发明内容
本发明目的是为了解决现有制备镁/钛复合材料的工艺较复杂、成本较高、材料的耐蚀性较差、抗拉强度小、屈服强度小、延伸率低及制备镁/钛层状复合材料时界面结合较差的问题，而提供一种超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法。
本发明中超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法按以下步骤实施：一、对镁或镁合金板与钛或钛合金板表面进行清理；二、将清理后的镁或镁合金板与钛或钛合金板以2+m形式交替叠放；三、将叠放好的复合板材置于电阻炉中，在200～400℃的条件下保温5～60min进行退火处理；四、取出退火后的复合板材置于轧机上，在25～500℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行n道次累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材置于电阻炉中，在100～500℃条件下保温5～120min进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材；步骤二中m≥0；步骤二中镁或镁合金板与钛或钛合金板单层厚度比为1～100∶1；步骤二中叠放后复合板材的厚度小于20mm；步骤五中n≥1；步骤五中最后一次叠轧时，最外侧两端的板材均为钛或钛合金板。
本发明采用累积叠轧(ARB)这种剧烈塑性变形工艺，将镁/钛复合板材的晶粒度细化至亚微米量级；钛-镁之间不形成化合物，因此在叠轧过程中不会在界面出现影响材料板材性能的化合物；镁和钛相互的固溶度很低，但经ARB剧烈塑性变形后，镁和钛的相互固溶度会显著增加，增加了镁/钛界面的结合强度，显著提高了材料的性能；由于镁和钛具有不同的硬度和变形能力，叠轧时的板材间的约束作用，以及获得的超细化晶粒使得ARB板材中镁的织构不同于常规轧制织构，基面织构弱化，因此ARB变形后，镁合金的力学性能和变形能力的各向异性显著降低，复合板材的性能明显提高。本发明的镁/钛层状复合材料的性能可以通过调整原材料Mg板和Ti板的成分、厚度以及叠层的顺序和数目进行设计，以满足实际应用需求。本发明的制备工艺简单，所采用的均属于常规设备，成本低廉；制备的超细晶镁/钛层状复合板材的耐腐性较好、抗拉强度为300～600MPa、屈服强度为200～400MPa、延伸率为10％～30％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法按以下步骤实施：一、对镁或镁合金板与钛或钛合金板表面进行清理；二、将清理后的镁或镁合金板与钛或钛合金板以2+m形式交替叠放；三、将叠放好的复合板材置于电阻炉中，在200～400℃的条件下保温5～60min进行退火处理；四、取出退火后的复合板材置于轧机上，在25～500℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行n道次累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材置于电阻炉中，在100～500℃的条件下保温5～120min进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材；步骤二中m≥0；步骤二中镁或镁合金板与钛或钛合金板单层厚度比为1～100∶1；步骤二中叠放后复合板材的厚度小于20mm；步骤五中n≥1；步骤五中最后一次叠轧时，最外侧两端的板材均为钛或钛合金板。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤一中所用钛或钛合金板为商业纯钛、α型钛合金、β型钛合金或α+β型钛合金。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式步骤一中所用镁或镁合金板为所有可塑性变形的商业纯镁及镁合金板；所用的商业纯钛包括TA1～TA3型，α型钛合金包括TA4～TA8型，β型钛合金包括TB2型，α+β型钛合金包括TC1～TC4型，α+β型钛合金包括TC6～TC10型。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤一中对镁或镁合金板与钛或钛合金板表面进行清理，首先用丙酮溶液擦洗镁或镁合金板与钛或钛合金板表面，再将镁或镁合金板放入NaOH溶液中清洗10～30min，再用去离子水冲洗干净，晾干；将钛或钛合金板放入HNO3与HF混合溶液中清洗10～20min，再用离子水冲洗干净，晾干；然后用钢丝刷对晾干后的镁或镁合金板与钛或钛合金板进行表面打磨。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中NaOH溶液为任意浓度；HNO3与HF混合溶液中HNO3与HF为任意浓度比。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中镁或镁合金板厚度为1～5mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中步骤二中镁或镁合金板与钛或钛合金板厚度比为45∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中将叠放后的板材进行固定。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中固定采用铆接；进行固定是为防止由于异质材的变形能力不同导致轧制时板材之间分离。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤三中在300℃的条件下保温8min进行退火处理。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤四中在300℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤五中n道次累积叠轧后，累积应变量为εn＝0.8n。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中累积应变量越大，则镁/钛复合板材的晶粒度细化越好，两种合金不形成化合物，因此在叠轧过程中不会在界面出现影响板材性能的化合物。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤六中在300℃的条件下保温10min进行退火处理。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式进行退火处理是为了消除轧制过程中产生的应力，促进镁或镁合金板以及钛或钛合金板间的扩散结合，提高层间结合强度。
具体实施方式十一：本实施方式超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法按以下步骤实施：一、对商业纯镁热轧板和冷轧纯钛板TA1表面进行清理；二、将清理后的镁板及钛板以2+m形式交替叠放；三、将叠放好的复合板材置于电阻炉中，在300℃的条件下保温10min进行退火处理；四、取出退火后的复合板材置于轧机上，在300℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行n道次累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材置于电阻炉中，在200℃的条件下保温40min进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材；步骤二中m＝0；步骤二中镁或镁合金板以及钛或钛合金板厚度比为1∶1；步骤二中叠放后复合板材的厚度小于20mm；步骤五中n＝4；步骤五中最后一次叠轧时，最外侧两端的板材均为钛板。
本实施方式所得超细晶镁/钛层状复合板材的抗拉强度为400MPa、屈服强度为340MPa、延伸率为22％。
具体实施方式十二：本实施方式超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法按以下步骤实施：一、对热轧镁合金板AZ31和冷轧钛合金板TC4表面进行清理；二、将清理后的镁合金板及钛合金板以2+m形式交替叠放；三、将叠放好的复合板材置于电阻炉中，在250℃的条件下保温10min进行退火处理；四、取出退火后的复合板材置于轧机上，在250℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行n道次累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材置于电阻炉中，在150℃的条件下保温30min进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材；步骤二中m＝2；步骤二中镁或镁合金板以及钛或钛合金板厚度比为5∶1；步骤二中叠放后复合板材的厚度小于20mm；步骤五中n＝8；步骤五中最后一次叠轧时，最外侧两端的板材均为钛合金板。
本实施方式所得超细晶镁/钛层状复合板材的抗拉强度为520MPa、屈服强度为380MPa、延伸率为28％。

Claims (10)

1、超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法按以下步骤实施：一、对镁或镁合金板与钛或钛合金板表面进行清理；二、将清理后的镁或镁合金板与钛或钛合金板以2+m形式交替叠放；三、将叠放好的复合板材置于电阻炉中，在200～400℃的条件下保温5～60min进行退火处理；四、取出退火后的复合板材置于轧机上，在25～500℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；五、将轧制后的板材切成等同的两部分，切边去毛刺，然后重复操作步骤一到步骤四进行n道次累积叠轧；六、将累积叠轧所得复合板材置于电阻炉中，在100～500℃的条件下保温5～120min进行退火处理，即得超细晶镁/钛层状复合板材；步骤二中m≥0；步骤二中镁或镁合金板与钛或钛合金板单层厚度比为1～100∶1；步骤二中叠放后复合板材的厚度小于20mm；步骤五中n≥1；步骤五中最后一次叠轧时，最外侧两端的板材均为钛或钛合金板。
2、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤一中所用钛或钛合金板为可变形商业纯钛、α型钛合金、β型钛合金或α+β型钛合金。
3、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤一中对镁或镁合金板与钛或钛合金板表面进行清理，首先用丙酮溶液擦洗镁或镁合金板与钛或钛合金板表面，再将镁或镁合金板放入NaOH溶液中清洗10～30min，再用去离子水冲洗干净，晾干；将钛或钛合金板放入HNO3与HF混合溶液中清洗10～20min，再用去离子水冲洗干净，晾干；然后用钢丝刷对晾干后的镁或镁合金板与钛或钛合金板进行表面打磨。
4、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤二中镁或镁合金板单层厚度为1～5mm。
5、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤二中镁或镁合金板与钛或钛合金板厚度比为45∶1。
6、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤二中将叠放后的板材进行固定。
7、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤三中在300℃的条件下保温8min进行退火处理。
8、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤四中在300℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制。
9、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤五中n道次累积叠轧后，累积应变量为εn＝0.8n。
10、根据权利要求1所述的超细晶镁/钛层状复合板材的制备方法，其特征在于步骤六中在300℃的条件下保温10min进行退火处理。
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