CN101992345A - 铝合金与镁合金叠层板复合制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于包括如下步骤:①基板、复板准备:复板尺寸要大于基板,根据复板的整体尺寸,在复板周边留出20mm~100mm的间距,在复板上位于基板边缘对应部位,根据复板厚度加工1mm~5mm的沟槽,并对基板、复板进行校平处理和表面打磨清理;前述的基板和复板分别为铝合金和镁合金,或镁合金和铝合金;②基板、复板预热处理:在爆炸复合前将基板和复板加热到120℃~200℃,进行保温处理;③爆炸复合基础:采用粘土或细砂压实,表面铺设3mm~8mm纤维合成板做为爆炸复合基座;④炸药准备。使整体爆炸复合过程简单易操作,炸药爆炸载荷作用下复板金属高速斜碰撞基板金属,使复板金属和基板金属牢固地连接在一起。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金与镁合金板材复合方法,属于金属复合材料技术领域。
背景技术
镁合金具有密度低,比强度、比刚度高,电磁屏蔽和阻尼特性优越,铸造和切削加工性能好等特点,是极具发展潜力的结构材料。但由于镁的标准电极电位低,耐腐蚀性能差,极大地限制了镁合金在工程领域的应用。铝合金在自然状态下具有较强的耐腐蚀性能,如果将镁合金板包覆于铝合金板之间,避免镁合金与环境的直接接触,可以有效地解决镁合金腐蚀防护性能差的问题;同时由于金属镁为密排六方结构,塑性变形能力差。镁合金表面复合变形性能较好的铝合金板材可以提高镁合金的变形能力,大幅提高镁合金板材的形变加工性能,抑制镁合金板材在变形中的表面开裂,使镁合金材料在交通运输车辆、电器通讯设备、电子产品等民用产品和航空航天、武器装备等军用领域得到广泛的应用。
现有技术中也公开了镁铝合金的复合方法,见申请号为200610012409.0的中国发明专利申请公开《一种镁铝复合材料及其制备方法》(公开号:CN1821435A);又可参考专利号为ZL200510012634.X的中国发明专利《耐腐蚀镁铝复合材料及其制备方法》(授权公告号:CN100415504C)。
目前,爆炸复合技术是越来越多地被应用与制备叠层材料。该技术是以炸药为能源,在炸药爆炸载荷作用下复板金属高速斜碰撞基板金属,使复板金属和基板金属牢固地连接在一起。目前采用爆炸复合工艺已制备了多种金属材料叠层板,如铝-钢、铝-钛、铝-铜等,但尚未有镁合金与铝合金爆炸复合材料的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种铝合金与镁合金叠层板爆炸复合制备方法。
本发明所要解决的技术问题是提供一种复板与基板连接牢固的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于包括如下步骤:
①基板、复板准备:复板尺寸要大于基板,根据复板的整体尺寸,在复板周边留出20mm~100mm的间距,在复板上位于基板边缘对应部位,根据复板厚度加工1mm~5mm的沟槽,并对基板、复板进行校平处理和表面打磨清理;前述的基板和复板分别为铝合金和镁合金,或镁合金和铝合金;
②基板、复板预热处理:在爆炸复合前将基板和复板加热到120℃~200℃,进行保温处理,保温时间为0.5h~2h;保温时间可根据板材的厚度设定,厚度小保温时间短,厚度大保温时间长。
③爆炸复合基础:采用粘土或细砂压实,表面铺设3mm ~8mm纤维合成板做为爆炸复合基座;
④炸药准备:采用为硝铵炸药,单位面积的装药量可由下式确定:
C=k·(δ1·ρ1)1/2
式中C为装药量,单位为g,δ1为复板厚度,单位:cm;ρ1为复板密度,单位:g/cm3;k为系数,k值取0.95~1.05,最佳为1.0;
其中,基板、复板之间的间距s,s=0.2(δ1+H);
其中:δ1为复板厚度,单位:cm;H为炸药装药厚度,单位:cm;
爆炸时,基板和复板平行放置。
步骤①中,复板在起爆端20mm~100mm不开槽。可以减少爆炸复合的边界效应影响区,防止复合板周边爆炸撕裂。
作为优选,步骤①中的沟槽截面为半圆形。
作为优选,步骤①中所述的镁合金为镁铝系变形镁合金、镁锆系变形镁合金、镁锰系变形镁合金及镁稀土系变形镁合金中的至少一种。
作为优选,步骤①中所述的铝合金为1000系变形铝合金、2000系变形铝合金、3000系变形铝合金、4000系变形铝合金、5000系变形铝合金、6000系变形铝合金及7000系变形铝合金中的至少一种。
步骤①中所述的复板为硬铝铝合金或超硬铝铝合金,预热处理前进行固溶处理,爆炸后紧系时效强化处理。固溶处理目的是为了降低板材的强度和硬度,提高板材塑性,时效强化处理可以确保复合板中铝合金的强韧性。
固溶处理可根据铝合金材料本身的固溶处理工艺调整,具体处理工艺可按照相关的热处理手册实施。备注:本权利要求的特征主要在于复合前采用固溶处理复合后时效处理,既实现了高强韧铝合金的良好复合,又保证了铝合金复合的强韧性能。
复合板时效处理工艺可根据铝合金材料本身的时效处理工艺调整,具体处理工艺可按照复合板中铝合金的时效处理工艺设定,处理工艺按照铝合金热处理手册实施。
步骤④中的硝铵炸药添加有缓冲剂,缓冲剂添加量可根据炸药和板厚调整,缓冲剂为烘干的NaCl细粉,填加缓冲剂的目的是降低炸药的起爆速度,提高复合质量,具体添加量为总重量的10%~40%。
与现有技术相比,本发明的优点在于:实现了镁合金板和铝合金板的优势互补;利用铝合金板将镁合金与环境隔离,有效解决了镁合金腐蚀防护性能差的问题,极大地拓宽镁合金的应用范围;通过在镁合金板两侧复合铝合金板,大幅提高了镁合金板材的变形加工性能,抑制镁合金板材在变形过程中的表面开裂现象,为镁合金轧制变形加工板材推广应用提供了技术保障;叠层材料的界面效应增强了镁合金材料固有的阻尼减振效果;叠层材料的力学性能高于基板和复板材料简单叠加的力学性能;同时整体爆炸复合过程简单易操作,炸药爆炸载荷作用下复板金属高速斜碰撞基板金属,使复板金属和基板金属牢固地连接在一起。
附图说明
图1为铝合金-镁合金叠层材料爆炸复合原理图。
图2为实施例1的1A50铝合金-ZK60镁合金-1A50铝合金爆炸复合示意图。
图3为实施例2的7A52铝合金-AZ31B镁合金-7A52铝合金爆炸复合示意图。
图4为实施例3的7A52铝合金-7A52铝合金-AZ31B镁合金叠层板爆炸复合示意图。
图5为实施例4的7A52铝合金-AZ31B镁合金-7A52铝合金爆炸复合板照片图。
图6为实施例5的7A52铝合金-7A52铝合金-AZ31B镁合金爆炸复合板照片图。
图7为实施例6的7A52铝合金-紫铜-AZ31B镁合金爆炸复合板照片图。
图8为基板的平面视图。
图9为复板的平面视图。
图10为图9中沿A-A方向的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,铝合金-镁合金叠层材料爆炸复合原理图,其中,1为炸药;2为缓冲保护层;3为复板;4为支撑体;5为基板;6为基础;7为过渡层。
铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,包括如下步骤:
①基板、复板准备:复板尺寸要大于基板,根据复板的整体尺寸,在复板周边留出20mm~100mm的间距,在复板上位于基板边缘对应部位,根据复板厚度加工1mm~5mm的沟槽,并对基板、复板进行校平处理和表面打磨清理;前述的基板和复板分别为铝合金和镁合金,或镁合金和铝合金;
②基板、复板预热处理:在爆炸复合前将基板和复板加热到120℃~200℃,进行保温处理;
③爆炸复合基础:采用粘土或细砂压实,表面铺设3mm~8mm纤维合成板做为爆炸复合基座;
④炸药准备:采用为硝铵炸药,单位面积的装药量可由下式确定:
C=k·(δ1·ρ1)1/2
式中C为装药量,单位为g,δ1为复板厚度,单位:cm;ρ1为复板密度,单位:g/cm3;k为系数,k值取0.95~1.05,最佳为1.0;
其中,基板、复板之间的间距s,s=0.2(δ1+H);
其中:δ1为复板厚度,单位:cm;H为炸药装药厚度,单位:cm;
爆炸时,基板和复板平行放置。
进一步,步骤①中,复板在起爆端20mm~100mm不开槽。步骤①中的沟槽截面为半圆形。
步骤①中所述的镁合金为镁铝系变形镁合金、镁锆系变形镁合金、镁锰系变形镁合金及镁稀土系变形镁合金中的至少一种。步骤①中所述的铝合金为1000系变形铝合金、2000系变形铝合金、3000系变形铝合金、4000系变形铝合金、5000系变形铝合金、6000系变形铝合金及7000系变形铝合金中的至少一种。
步骤①中所述的复板为硬铝铝合金或超硬铝铝合金,预热处理前进行固溶处理,爆炸后紧系时效强化处理。
步骤④中的硝铵炸药添加有缓冲剂。缓冲剂为烘干的NaCl细粉,添加量为总重量的10%~40%。
如图8、图9和图10所示,基板的长为a,宽为b,复板的长为a+2L,宽为b+2H,复板表面加工半径为r的半圆形槽。L为长度方向复板大于基板的边缘宽度。H为宽度方向复板大于基板的边缘宽度。d作为爆炸复合的起爆端,不加工半圆形槽。
实施例1:1A50铝合金板、ZK60镁合金、1A50铝合金板三层爆炸复合材料。
基板为ZK60镁合金,尺寸为20mm×500mm×1000mm,复板为1A50铝合金板,尺寸为5mm×550mm×1050mm。使用砂轮将基板和复板打磨干净,除去金属表面的氧化物,复板对应基板边缘开R2的半圆槽。复板与基板之间的支撑间距为3mm,安装角为0°,炸药采用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为5.5Kg;第一次爆炸复合后,对1A50铝合金-ZK60镁合金复合板进行校平处理,以1A50铝合金-ZK60镁合金复合板为基板,ZK60镁合金一侧为爆炸复合面,复板为1A50铝合金板,尺寸为8mm×580mm×1100mm,将基板(ZK60镁合金侧)和复板打磨干净,除去金属表面的氧化物,复板对应基板边缘开R3的半圆槽。复板与基板之间的支撑间距为5mm,安装角为0°,使用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为7.5Kg。1A50铝合金-ZK60镁合金-1A50铝合金三层叠层板复合示意图如图2,其中1a为1A50铝合金板,2a为ZK60镁合金板,3a为1A50铝合金板。
实施例2:7A52铝合金、AZ31B镁合金、7A52铝合金三层爆炸复合板。
基板为AZ31B镁合金,尺寸为20mm×500mm×1000mm,复板为7A52铝合金,尺寸为3mm×550mm×1050mm。7A52铝合金复合前进行固溶处理,工艺为465℃×30min,常温水淬转移时间约为5s,处理后对7A52铝合金板进行校平处理,将基板和复板打磨干净,除去金属表面的氧化物,复板对应基板边缘加工R2的半圆槽,复板与基板之间的支撑间距为3mm,使用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为5Kg;第一次爆炸复合后对7A52铝合金-AZ31B镁合金复合板进行校平处理,以7A52铝合金-AZ31B镁合金复合板为基板,AZ31B镁合金一侧为爆炸复合面,复板为7A52铝合金,尺寸为5mm×550mm×1050mm。7A52铝合金复合前进行固溶处理,工艺为465℃×45min,常温水淬转移时间约为8s,处理后的7A52铝合金板要进行校平处理,对基板(镁合金一侧)和复板进行表面清理,除去金属表面的氧化物,复板对应基板边缘开R3的半圆槽。复板与基板之间的支撑间距为5mm,使用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为8Kg。7A52铝合金-AZ31B镁合金-7A52铝合金三层叠层板如图3,其中1b为7A52铝合金板,2b为AZ31B镁合金板,3b为7A52铝合金板。
实施例3:7A52铝合金、7A52铝合金、AZ31B镁合金三层爆炸复合材料
基板为AZ31镁合金,尺寸为10mm×600mm×1200mm,复板为7A52铝合金,尺寸为5mm×660mm×1250mm。对复板铝合金板进行465℃×25min固溶处理,常温水淬。对热处理后的铝合金板校平、打磨和开槽处理。复板与基板之间的支撑间距为5mm,使用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为8.5Kg。对爆炸复合后的铝合金-铝合金叠层板进行校平、表面打磨,将铝镁复合板作为基板,铝合金面作为爆炸复合面,复板为7A52铝合金板,复板与基板之间的支撑间距为6mm,使用添加缓冲剂的硝铵炸药,装药量为9.5Kg。图4为7A52铝合金-7A52铝合金-AZ31B镁合金三层复合板,其中,1c为7A52铝合金板,2c为7A52铝合金板,3c为AZ31B镁合金板。
实施例4,提供7A52铝合金-AZ31B镁合金-7A52铝合金爆炸复合板的具体描述。
如图5所示,这是7A52铝合金-AZ31B镁合金-7A52铝合金爆炸复合板的实物照片,该板材是以AZ31B镁合金为基板,7A52铝合金为复板,7A52铝合金板固溶处理后,先进行第一次爆炸复合后,复合后,以复合板AZ31B镁合金面为基板复合面,7A52铝合金为复板,再按照同样处理工艺进行第二次爆炸复合,复合板进行了120℃×24h时效处理。
实施例5,提供7A52铝合金-7A52铝合金-AZ31B镁合金爆炸复合板的具体描述。
如图6所示,这是7A52铝合金-7A52铝合金-AZ31B镁合金爆炸复合板的实物照片,该板材是以AZ31B镁合金为基板,7A52铝合金为复板,7A52铝合金板固溶处理后,先进行第一次爆炸复合后,复合后,以复合板7A52铝合金面为基板复合面,7A52铝合金为复板,再按照同样处理工艺进行第二次爆炸复合,复合板进行了120℃×24h时效处理。
实施例6,提供7A52铝合金-紫铜-AZ31B镁合金爆炸复合板的具体描述。
如图7所示,这是7A52铝合金-紫铜-AZ31B镁合金爆炸复合板的实物照片,该板材是以AZ31B镁合金为基板,紫铜为复板,先进行第一次爆炸复合后,复合后,以复合板紫铜面为基板复合面,7A52铝合金为复板,7A52铝合金板固溶处理后,进行第二次爆炸复合,复合后,对复合板进行了120℃×24h时效处理。
Claims (9)
1.一种铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于包括如下步骤:
①基板、复板准备:复板尺寸要大于基板,根据复板的整体尺寸,在复板周边留出20mm~100mm的间距,在复板上位于基板边缘对应部位,根据复板厚度加工1mm~5mm的沟槽,并对基板、复板进行校平处理和表面打磨清理;前述的基板和复板分别为铝合金和镁合金,或镁合金和铝合金;
②基板、复板预热处理:在爆炸复合前将基板和复板加热到120℃~200℃,进行保温处理;
③爆炸复合基础:采用粘土或细砂压实,表面铺设3mm~8mm纤维合成板做为爆炸复合基座;
④炸药准备:采用为硝铵炸药,单位面积的装药量可由下式确定:
C=k·(δ1·ρ1)1/2
式中C为装药量,单位为g,δ1为复板厚度,单位:cm;ρ1为复板密度,单位:g/cm3;k为系数,k值取0.95~1.05;
其中,基板、复板之间的间距s,s=0.2(δ1+H);
其中:δ1为复板厚度,单位:cm;H为炸药装药厚度,单位:cm;
爆炸时,基板和复板平行放置。
2.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤①中,复板在起爆端20mm~100mm不开槽。
3.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤①中的沟槽截面为半圆形。
4.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤①中所述的镁合金为镁铝系变形镁合金、镁锆系变形镁合金、镁锰系变形镁合金及镁稀土系变形镁合金中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤①中所述的铝合金为1000系变形铝合金、2000系变形铝合金、3000系变形铝合金、4000系变形铝合金、5000系变形铝合金、6000系变形铝合金及7000系变形铝合金中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤①中所述的复板为硬铝铝合金或超硬铝铝合金,预热处理前进行固溶处理,爆炸后紧系时效强化处理。
7.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤④中的硝铵炸药添加有缓冲剂。
8.根据权利要求7所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于所述的缓冲剂为烘干的NaCl细粉,添加量为总重量的10%~40%。
9.根据权利要求1所述的铝合金与镁合金叠层板复合制备方法,其特征在于步骤④所提到的公式中的系数k为1.0。
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