CN101992567A

CN101992567A - 一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法

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Publication number: CN101992567A
Application number: CN2009101896595A
Authority: CN
Inventors: 郭强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: CN101992567B

Abstract

本发明涉及金属复合材料及其制备方法，具体公开了一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法。该材料包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。该材料的制备方法包括，将原材料板材表面清洗干净；然后将不锈钢板和铝合金板层叠，热轧、热处理形成一次热轧板；将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，热轧、热处理。本发明的不锈钢/铝复合材料结合力好，在后续的冲压等过程中不变形、不起皱、不分层。

Description

一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法，具体涉及一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法。

背景技术

不锈钢具有强度高、刚度好、耐蚀性强、常温加工成型性好等优点，被广泛应用于各行业。但是，当不锈钢作为手机等电子产品的外壳使用时，其表面装饰技术有限，仅限于机械抛光、拉丝、喷砂、PVD、电镀等几种装饰效果。

目前，有在不锈钢表面上热轧一纯铝层形成的不锈钢/铝复合材料。该材料一方面，保持不锈钢强度高、刚度好、力学性能优越的特点；另一方面，由于表面为纯铝层，可以通过电解抛光和阳极氧化等处理形成表面高强高光、色彩艳丽的外壳。但是现有技术中，纯铝和不锈钢的结合力较差，造成后续加工处理过程中(例如冲压)可能出现发生变形、起皱、分层等现象，影响产品质量不良。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中不锈钢/铝复合材料中，铝和不锈钢的结合力较差的问题。从而提供来一种结合力强的不锈钢/铝复合材料。

一种不锈钢/铝复合材料，其包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。

本发明还提供了一种上述不绣钢/铝复合材料的制备方法。

一种不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)表面预处理：将不锈钢板、铝合金板、纯铝板表面清洗干净；

(2)一次热轧：将不锈钢板和铝合金板层叠，加热后送入轧机中进行复合轧制，然后进行热处理形成一次热轧板；

(3)二次热轧：将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，加热后中进行复合轧制，然后进行热处理。

本发明所提供的不锈钢/铝复合材料，其结合力强，在后续的加工处理中不变形、不起皱、不分层，最终制成的产品外壳机械强度好，表面外观高强高光、色彩艳丽。

具体实施方式

其中，本发明中不锈钢为本领域技术人员所公知的，本发明优选为316不锈钢。

本发明中纯铝亦为本领技术人员所公知的，是指纯度为99.85wt％以上的Al。

本发明的铝合金优选包括：2.2～4.9wt％Cu、0.2～1.8wt％Mg、0.3～0.9wt％Mn、0～0.5wt％Si、0～0.5wt％Fe，其余为Al。

更优选为3.8～4.2wt％Cu、1.2～1.6wt％Mg、0.3～0.7wt％Mn、0～0.2wt％Si、0～0.2wt％Fe％，其余为Al。

本发明的不锈钢/铝复合材料，优选各层厚度为：底层厚0.2～0.5mm，中间层厚0.1～0.4mm，表层厚0.1～0.4mm。

这样既可以保持复合材料整体的机械力学性能(如强度、硬度、韧性、塑性)较好的水平，又可以使其结合力处于较高的水平。

本发明在铝合金中添加镁元素，可以改善铝合金的焊接性能，可增强铝合金与不锈钢材料在热轧过程中焊合性；锰元素可以增强铝合金强度，使铝合金在与不锈钢在热轧过程中保持足够的力学性能；铜元素可以改善铝合金材料塑性变形能力和延展能力，以更好的适应热轧。

一种上述不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(2)一次热轧：将不锈钢板和铝合金板层叠，加热后进行复合轧制，然后进行热处理形成一次热轧板；

(3)二次热轧：将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，加热后进行复合轧制，然后进行热处理。

其中，步骤(1)表面预处理的目的是除去各原料表面的油脂、灰尘等杂质，可以保持后续热轧过程中不引进杂质和保持热轧效果。

优选地，铝合金板以及纯铝板的表面预处理为：经碱溶液处理，用冷热水冲洗，再经硝酸溶液浸泡处理，用冷水冲洗后烘干。

更优选为：在浓度为15～30wt％的NaOH溶液中浸泡1～8min，温度控制在30～70℃，然后先后用冷水、热水冲洗；再放入15～30wt％的HNO₃液中浸泡2～10min，用冷水冲洗；最后放入100～240℃烘干炉中烘干3～10min。

优选地，不锈钢板的表面预处理为：不锈钢板在金属清洗剂中，经超声波脱脂净化处理，用清水冲洗后烘干。

更优选为：将不锈钢板放入金属清洗剂中，控制温度为60～80℃，进行超声波脱脂净化处理10～20min，用冷水冲洗；最后放入100～240℃烘干炉中烘干3～10min。

不锈钢板表面预处理所用金属清洗剂为本领技术人员所公知的，一般由表面活性剂与添加的清洗助剂(如碱性盐)、防锈剂、消泡剂、香料等组成。

步骤(2)中，加热后进行复合轧制。本发明优选：先将不锈钢板与铝合金板层叠，一起送入连续式加热炉中加热，温度为250～500℃，加热10～20min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为200～300℃，同时轧辊面需要润滑剂润滑。

热处理的目的是更好的优化热轧后的产品性能，即对产品进行保温一段时间。

步骤(2)中的热处理优选为：将轧制后的不锈钢板及铝合金板送入热处理炉中，开始升温，升温速率为33～66℃/min，升至250～350℃后并保持恒温0.5～3h。后冷却至150℃，取出并自然冷却，形成一次热轧板。

本发明一次热轧的热处理，可以消除不锈钢与铝合金二者的焊合应力，促进二者材质原子间扩散，强化冶金结合强度。这是因为热处理过程中，由于热激活的作用，位错和原子会发生迁移。随着温度的升高，铝合金依次发生回复和部分再结晶，回复使基体中的内应力和内应变降低，有益于基材的塑性，但基材的强度仍保持在较高的水平。

本发明中的热处理温度既可以使合金的强度增强，又能使合金内部的内应力有效释放，从而改善合金的剥落腐蚀性。

步骤(3)，将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，然后重复步骤(2)的操作，所不同的是，连续式加热炉的温度200～400℃，轧机辊面的预热温度为180～250℃，热处理的温度为200～300℃。

本发明采用两次热轧，一次热轧可以很好的控制不锈钢与铝合金变形程度以及之间结合力、二次热轧控制铝合金和纯铝之间的变形程度以及之间结合力，从而有效控制复合材料的整体结合力和变形程度。不仅便于对操作条件的控制，而且使材料的整体结合力达到理想的性能。若一次将三层一起热轧很难控制热轧的条件，并且制成复合材料的结合力也不好。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明阐述。

实施例1

①预处理：

将4mm厚的铝合金板(成分为4.2wt％Cu、0.7wt％Mn、1.6wt％Mg、0.15wt％Si、0.05wt％Fe，其余为Al)、4mm纯铝板在浓度为25wt％的NaOH溶液中浸泡6min，温度控制在50℃，然后先后用冷水、热水冲洗；再放入20wt％的HNO₃溶液中浸泡8min，用冷水冲洗；最后放入180℃烘干炉中烘干7min。

将3mm不锈钢板(型号316)放入金属清洗剂中，控制温度为70℃，进行超声波脱脂净化处理15min，用冷水冲洗；最后放入180℃烘干炉中烘干7min。

②一次热轧：

先将不锈钢板与铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N₂保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为350℃，加热15min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为250℃，同时轧辊面需要润滑剂润滑。

将轧制的层叠板送入热处理炉中，开始升温，升温速率为5℃/min，升至300℃后并保持恒温2h。后冷却至150℃，取出并自然冷却，形成一次热轧板。一次热轧总压下率为50～60％。

③二次热轧：

将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，然后重复步骤(2)的操作，所不同的是，加热炉温度为300℃，轧机辊面的预热温度为210℃，二次热轧总压下率为80～90％

最后制成不锈钢层厚0.2～0.5mm，铝合金层厚0.25～0.6mm，纯铝层厚0.25～0.6mm的复合材料，记作A1。

实施例2

与实施例1所不同的是，铝合金板的成分为：3.0wt％Cu、0.5wt％Mn、1.2wt％Mg、0.25wt％Si、0.15wt％Fe，其余为Al。其他部分同实施例1。制成复合材料A2。

实施例3

与实施例1所不同的是，铝合金板的成分为0.5wt％Cu、1.5wt％Mn、1.0wt％Mg、0.2wt％Si、0.3wt％Fe，其余为Al。其他部分同实施例1。制成复合材料A3。

实施例4

与实施例1所不同的是，一次热轧中的热处理的温度为250℃，其他部分同实施例1。制成复合材料A4。

实施例5

与实施例1所不同的是，一次热轧中的热处理的温度为350℃，其他部分同实施例1。制成复合材料A5。

对比例1

①预处理：

将4mm纯铝板在浓度为25wt％的NaOH溶液中浸泡6min，温度控制在50℃，然后先后用冷水、热水冲洗；再放入20wt％的HNO₃溶液中浸泡8min，用冷水冲洗；最后放入180℃烘干炉中烘干7min。

将2.5mm不锈钢板放入金属清洗剂中，控制温度为70℃，进行超声波脱脂净化处理15min，用冷水冲洗；最后放入180℃烘干炉中烘干7min。

②热轧：

先将不锈钢板与纯铝板层叠成层叠板，一起送入具有N₂保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为300℃，加热15min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为210℃，同时轧辊面需要润滑剂润滑。

将轧制的层叠板送入热处理炉中，开始升温，升温速率为5℃/min，升至300℃后并保持恒温2h。后冷却至150℃，取出并自然冷却，形成一次热轧板。一次热轧总压下率为80～90％。

制成的复合材料AC1。

性能测试：

杯突试验：采用GB4156-1984的方法：测量其杯突值。结果见表1。

表1

复合材料	杯突值
		A1	19.07
A2	18.27
		A3	17.74
A4	17.67
		A5	18.93
AC1	16.37

从表1可以看出本发明所提供的不锈钢/铝复合材料的杯突值有了大幅的提高，说明材料的层与层之间的结合力有了大幅的提高，完全可以满足后续工序的要求。

Claims

1.一种不锈钢/铝复合材料，其包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。

2.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于：所述铝合金包括：2.2～4.9wt％Cu、0.2～1.8wt％Mg、0.3～0.9wt％Mn、0～0.5wt％Si、0～0.5wt％Fe，其余为Al。

3.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于：所述铝合金包括：3.8～4.2wt％Cu、1.2～1.6wt％Mg、0.3～0.7wt％Mn、0～0.2wt％Si、0～0.2wt％Fe，其余为Al。

4.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于：所述底层厚0.2～0.5mm，所述中间层厚0.1～0.4mm，所述表层厚0.1～0.4mm。

5.一种如权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

6.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)包括：将铝合金板以及纯铝板经碱溶液处理，用冷热水冲洗，再经硝酸溶液浸泡处理，用冷水冲洗后烘干；将不锈钢板在金属清洗剂中，经超声波脱脂净化处理，用清水冲洗后烘干。

7.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加热的温度250～500℃，时间10～20min；步骤(3)中加热的温度200～400℃，时间10～20min。

8.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于：一次热轧的总压下率为30～60％，二次热轧的总压下率为50～90％。

9.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的热处理的温度为250～350℃。

10.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的热处理的温度为200～300℃。