CN102166846A - 一种镁铝层状复合板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁铝层状复合板的制备方法，是针对镁铝合金板重量轻、强度低、耐腐蚀性能差的情况，在镁铝合金板上压贴一层铝板，采用镁铝共晶合金粉为压贴材料，在压力机上，在开合式通槽模具内，将镁铝合金板+镁铝共晶合金粉+铝板在480℃、30MPa、60s状态下压贴成镁铝层状复合板，然后进行低温热处理，使镁铝层状复合板内部金相组织更加致密稳定，此方法先进合理，使用设备少，工艺流程短，速度快，镁铝层状复合板力学性能抗拉强度达到24MPa，比现有技术提高95％，抗腐蚀性能可提高94％，是十分理想的制备镁铝层状复合板的方法。

Description

一种镁铝层状复合板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁铝层状复合板的制备方法，属有色金属板材表面压贴结合及增强性能的技术领域。

背景技术

镁是一种最轻的有色金属、具有密度低、比强度大，电磁屏蔽性优良的特点，在航空、航天、电子工业、汽车工业中得到了广泛的应用。

镁由于重量轻、强度低、熔点低、为负电位、氧化膜疏松多孔、抗腐蚀性差、限制了镁的应用。

为了增强镁的力学性能和应用范围，常将镁与其它有色金属混合制成镁合金，例如镁铝合金，镁锌合金等；为增强镁及镁合金的化学物理性能及力学性能，常对镁及镁合金进行处理，例如：化学处理法，在镁或镁合金的表面涂镀形成氧化物或金属结构的钝化膜，以增强镁的耐腐蚀性，这种方法的处理剂大都含有铬或有色重金属，对环境和人体有损害；例如：阳极氧化法，比化学处理法可大幅度提高耐腐蚀能力，但这种方法工艺较落后效果不佳；例如：金属镀层法，以氟化物为活性剂，经镀镍、钝化处理，可增强表面的力学性能、耐腐蚀性及可焊性，但这种处理过程较昂贵；目前科技领域一直在寻找一种工 艺简单、效果优良、环保节能的方法，以大幅度提高镁及镁合金的性能。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，在镁铝合金板上压贴一层铝板，形成镁铝合金板+铝板层状结构，中间为镁铝共晶合金粉，在温度480℃、压强30MPa压力下，使镁铝合金板和铝板之间形成压贴层，制成镁铝层状复合板。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：镁铝合金板、铝板、镁铝共晶合金粉、耐火纤维、石墨块，其组合用量如下：以毫米、克为计量单位

镁铝合金板：AZ31B    110mm×110mm×2mm

铝板：Al    110mm×110mm×0.8mm

镁铝共晶合金粉：Mg₁₇Al₁₂+Mg    200g±10g

耐火纤维：110mm×110mm×5mm

石墨块：Φ20mm×50mm

制备方法如下：

(1)砂光镁铝合金板、铝板

①将镁铝合金板置于平板上，用600#碳化硅砂纸打磨，使其光洁，使表面粗糙度为Ra1.6-3.2μm，确定砂纸打磨面为正面；

②将铝板置于平板上，用600#碳化硅砂纸打磨，使其光洁，使表面粗糙度为Ra1.6-3.2μm，确定砂纸打磨面为正面；

(2)研磨镁铝共晶合金粉

将镁铝共晶合金粉置于研钵中，用研棒进行研磨，然后用200目筛网进行过筛；研磨、过筛重复进行10次，研磨后镁铝共晶合金粉粒径≤0.076mm；

(3)制备通槽式模具

通槽式模具呈方筒形，模具型腔尺寸为120mm×120mm×100mm，用不锈钢材料制作，型腔表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(4)制备不锈钢垫板

将不锈钢板机械加工成平面板形，尺寸为110mm×110mm×30mm，正反面表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(5)制备不锈钢压板

将不锈钢板机械加工成平面板形，尺寸为110mm×110mm×60mm，正反面表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(6)预热通槽式不锈钢模具、不锈钢垫板、不锈钢压板

将通槽式模具、不锈钢垫板、不锈钢压板置于预热炉中进行预热，预热温度450℃，预热时间30min，并恒温、保温；

(7)制备层状复合板

制备在压力机上、通槽式模具内进行

①、将预热的通槽式不锈钢模具固定于压力机的不锈钢工作台上；

②、将预热的不锈钢垫板置于通槽式模具内下部；

③、用石墨块反复涂抹不锈钢垫板表面，使其在垫板上形成石墨膜层，石墨膜层厚度为0.01mm；

④、置放镁铝合金板，将镁铝合金板平直置于石墨层上部，正面向上；

⑤、均匀喷洒镁铝共晶合金粉；

将镁铝共晶合金粉置于喷粉器内，喷粉器对准镁铝合金板表面反复均匀喷洒，在镁铝合金板上形成镁铝共晶合金粉层，粉层厚度为0.5mm，粉末量为3.5g；

⑥、置放铝板，将铝板平直置于共晶合金粉上部，正面向下；

⑦、在铝板上部置放110mm×110mm×5mm耐热纤维，使其平展；

⑧、置放预热的不锈钢压板，平直压在耐热纤维上；

⑨、开启压力机工作台上的电阻加热器，使其由25℃逐渐升至480℃±2℃；

⑩、开启压力机压力泵，压向不锈钢压板，压力机压力逐渐升至30MPa；

镁铝合金板、铝板之间的镁铝共晶合金粉加热、加压30s后，关闭电阻加热器，压力泵持续加压30s后，升起压力泵，使其自然冷却至25℃；

在加热、加压、冷却过程中，镁铝共晶合金粉将发生形态转换，由固态粉末——液态液体——固态固体，在形态转换过程中，将发生化学物理反应，反应式如下：

式中：Mg₂Al₃：镁铝金属间化合物

冷却后，开启通槽式不锈钢模具，拆下不锈钢压板，取出压制成型的镁铝合金板+镁铝共晶合金粉+铝板层状复合板；

揭去铝板上部的耐热纤维，成：镁铝层状复合板；

切边成型

将镁铝层状复合板用机械切割成四边形，并打磨四边，成：100mm×100mm×2.3mm镁铝层状复合板；

(8)低温热处理

将镁铝层状复合板置于热处理炉中，进行低温热处理，低温热处理温度180℃±5℃，热处理时间16h，然后关闭热处理炉，使其随炉冷却至25℃；

(9)抛光

对低温热处理后的镁铝层状复合板用软质材料抛光，成终产物：镁铝层状复合板；

(10)检测、化验、分析、表征

对制备的镁铝层状复合板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能和力学性能进行检测、化验、分析和表征；

用扫描电子显微镜进行化学成分、金相组织分析；

用电子万能试验机进行结合强度测试；

用电化学测试仪进行耐腐蚀性能测试；

结论：镁铝层状复合板为四层结构

即：镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层；

镁铝合金板与铝板结合界面抗拉强度为24MPa；

(11)包装储存

对制备的镁铝层状复合板用软质材料包装，储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。

所述的镁铝层状复合板的热压温度为480℃±2℃，热压时间为30s，持续加压时间为30s，热压压力30MPa。

所述的镁铝层状复合板的制备是在压力机、开合式通槽不锈钢模具中进行的，压力机1下部为底座2，上部为顶座3，顶座3上部为压力泵4，左右由立柱5、6顶撑；在底座2上部为工作台7，工作台7内设有电阻加热器8、温度传感器9；工作台7上部垂直置放开合式通槽模具10，通槽模具10四角部为开合架11；在通槽模具10内下部为不锈钢垫板12，不锈钢垫板12上部为石墨膜层14，石墨膜层14上部为镁铝合金板16，镁铝合金铝板16上部为镁铝共晶合金粉18，镁铝共晶合金粉18上部为铝板17，铝板17上部为耐热纤维15，耐热纤维15上部为不锈钢压板13，不锈钢压板13上部为压头19，压头19上部连接压力泵4，压头19右侧部连接升降手柄25；在压力机1的左侧部设有电控箱20，电控箱20上设有显示屏21、指示灯22、调控开关23，并通过导线24与压力机压力泵4、电阻加热器8、温度传感器9联接；压力泵4、压头19由升降手柄25控制上下动作。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，针对镁铝合金板腐蚀性差的实际情况，在镁铝合金板上压贴一层铝板，采用镁铝共晶合金粉为压贴材料，在压力机上，在通槽式模具内，将镁铝合金板+镁铝共晶合金粉+铝板在480℃、30MPa、60s状态下压贴成镁铝层状复合板，经低温热处理使镁铝层状复合板内部金相组织更加致密，力学性能更加稳定，此制备方法先进合理，使用设备少，工艺流程短，速度快，镁铝层状复合板力学性能抗拉强度达24MPa，比现有技术提高95％，抗腐蚀性能可提高94％，是十分理想的制备镁铝层状复合板的方法。

附图说明

图1为镁铝层状复合板制备状态图

图2为开合式不锈钢通槽模具主视图

图3为图2的A-A剖面图

图4为镁铝层状复合板横切面金相结构图

图5为镁铝层状复合板断面衍射强度图谱

图6为压力机上部加热制备状态图

图中所示，附图标记清单如下：

1、压力机，2、底座，3、顶座，4、压力泵，5、立柱，6、立柱，7、工作台，8、电阻加热器，9、温度传感器，10、通槽模具，11、开合架，12、不锈钢垫板，13、不锈钢压板，14、石墨膜层，15、耐火 纤维，16、镁铝合金板，17、铝板，18、镁铝共晶合金粉，19、压头，20、电控箱，21、显示屏，22、指示灯，23、调控开关，24、导线，25、升降手柄，26导杆，27、上工作台。

具体实施方式

图1所示，为镁铝层状复合板制备状态图，各部位置、联接关系要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的镁铝合金板、铝板、镁铝共晶合金粉、耐火纤维、石墨块的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫米为计量单位。

在制备过程中，要严格置放不锈钢模具通槽内的镁铝合金板、铝板、镁铝共晶合金粉、石墨膜层、耐火纤维，按顺序置放。

电加热温度由温度传感器采集温度信息，并由电控箱程序控制。

压力泵压力30MPa，加压时间60s，要严格控制操作，否则将影响板和粉的压合力。

图2、3所示，为开合式不锈钢通槽模具图，装配后为一整体，开启后为四块矩形板。

图4所示，为镁铝层状复合板横切面金相结构图，图中可知：为四层结构，即：镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层。

镁铝金属间化合物层由Mg₁₇Al₁₂单相层+Mg₂Al₃单相层组成；

图5所示，为镁铝层状复合板断面衍射强度图谱，图中可知：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，a图为断面镁铝合金板X射线 衍射图谱，在衍射角为36°处有Mg₁₇Al₁₂高衍射峰，b图为断面铝板X射线衍射图谱，在衍射角78°处有Al高衍射峰。

图6所示，为压力机上部加热制备状态图，上部加热，通槽内模具的置放顺序发生变化，操作步骤也发生变化。

实施例1.

压力机上部加热制备镁铝层状复合板的方法如下：

①、将预热的通槽式不锈钢模具固定于压力机的不锈钢工作台上；

②、将预热的不锈钢垫板置于通槽式模具内下部；

③、用石墨块反复涂抹上工作台下表面，使其在上工作台下表面形成膜层，石墨膜层厚度为0.01mm；

④、开启电阻加热器，使上工作台温度升至480℃±2℃；

⑤、将镁铝共晶合金粉置于喷粉器内，喷粉器对准镁铝合金板表面反复均匀喷洒，在镁铝合金板上形成镁铝共晶合金粉层，粉末层厚度为0.5mm，粉末量为3.5g；

⑥、置放铝板，将铝板平置于镁铝共晶合金粉层上部，正面向下；

⑦、置放镁铝合金板及其上面的镁铝共晶合金粉和铝板，将镁铝合金板平直置于不锈钢垫板上，正面向上；

⑧、在上工作台上表面部置放110mm×110mm×5mm耐热纤维，使其平展；

⑨、置放预热的不锈钢压板，平直压在耐火纤维上；

⑩、开启压力机压力泵，压头压向不锈钢压板，使上工作台压向铝板，压力机压力逐渐升至30MPa；

镁铝合金板、镁铝合共晶金粉、铝板在加热、加压30s后，关闭电阻加热器，压力机持续加压30s后升起压头，使其自然冷却至25℃；

在加热、加压、冷却过程中，镁铝共晶合金粉将发生形态转换，由固态粉末——液态液体——固态固体，在形态转换过程中，将发生化学物理反应；形成四层层状结构，为镁铝层状复合板；

即：镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层；

冷却后，拆下不锈钢压板，开启通槽式不锈钢模具，取出镁铝层状复合板；

切边打磨成型：100mm×100mm×2.3mm镁铝层状复合板；

通过以上步骤，制成：镁铝层状复合板。

Claims (5)

1.一种镁铝层状复合板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材

料为：镁铝合金板、铝板、镁铝共晶合金粉、耐火纤维、石墨块，其

组合用量如下：以毫米、克为计量单位

镁铝合金板：AZ31B    110mm×110mm×2mm

铝板：Al    110mm×110mm×0.8mm

镁铝共晶合金粉：Mg₁₇Al₁₂+Mg    200g±10g

耐火纤维：110mm×110mm×5mm

石墨块：Φ20mm×50mm

制备方法如下：

(1)砂光镁铝合金板、铝板

①将镁铝合金板置于平板上，用600#碳化硅砂纸打磨，使其光洁，使表面粗糙度为Ra1.6-3.2μm，确定砂纸打磨面为正面；

②将铝板置于平板上，用600#碳化硅砂纸打磨，使其光洁，使表面粗糙度为Ra1.6-3.2μm，确定砂纸打磨面为正面；

(2)研磨镁铝共晶合金粉

将镁铝共晶合金粉置于研钵中，用研棒进行研磨，然后用200目筛网进行过筛；研磨、过筛重复进行10次，研磨后镁铝共晶合金粉粒径≤0.076mm；

(3)制备通槽式模具

通槽式模具呈方筒形，模具型腔尺寸为120mm×120mm×100mm，用不锈钢材料制作，型腔表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(4)制备不锈钢垫板

将不锈钢板机械加工成平面板形，尺寸为110mm×110mm×30mm，正反面表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(5)制备不锈钢压板

将不锈钢板机械加工成平面板形，尺寸为110mm×110mm×60mm，正反面表面粗糙度为Ra0.63-1.25μm；

(6)预热通槽式不锈钢模具、不锈钢垫板、不锈钢压板

将通槽式模具、不锈钢垫板、不锈钢压板置于预热炉中进行预热，预热温度450℃，预热时间30min，并恒温、保温；

(7)制备层状复合板

制备在压力机上、通槽式模具内进行

①、将预热的通槽式不锈钢模具固定于压力机的不锈钢工作台上；

②、将预热的不锈钢垫板置于通槽式模具内下部；

③、用石墨块反复涂抹不锈钢垫板表面，使其在垫板上形成石墨膜层，石墨膜层厚度为0.01mm；

④、置放镁铝合金板，将镁铝合金板平直置于石墨层上部，正面向上；

⑤、均匀喷洒镁铝共晶合金粉；

将镁铝共晶合金粉置于喷粉器内，喷粉器对准镁铝合金板表面反复均匀喷洒，在镁铝合金板上形成镁铝共晶合金粉层，粉层厚度为0.5mm，粉末量为3.5g；

⑥、置放铝板，将铝板平直置于共晶合金粉上部，正面向下；

⑦、在铝板上部置放110mm×110mm×5mm耐热纤维，使其平展；

⑧、置放预热的不锈钢压板，平直压在耐热纤维上；

⑨、开启压力机工作台上的电阻加热器，使其由25℃逐渐升至480℃±2℃；

⑩、开启压力机压力泵，压向不锈钢压板，压力机压力逐渐升至30MPa；

镁铝合金板、铝板之间的镁铝共晶合金粉加热、加压30s后，关闭电阻加热器，压力泵持续加压30s后，升起压力泵，使其自然冷却至25℃；

在加热、加压、冷却过程中，镁铝共晶合金粉将发生形态转换，由固态粉末——液态液体——固态固体，在形态转换过程中，将发生化学物理反应，反应式如下：

式中：Mg₂Al₃：镁铝金属间化合物

冷却后，开启通槽式不锈钢模具，拆下不锈钢压板，取出压制成型的镁铝合金板+镁铝共晶合金粉+铝板层状复合板；

揭去铝板上部的耐热纤维，成：镁铝层状复合板；

切边成型

将镁铝层状复合板用机械切割成四边形，并打磨四边，成：100mm×100mm×2.3mm镁铝层状复合板；

(8)低温热处理

将镁铝层状复合板置于热处理炉中，进行低温热处理，低温热处理温度180℃±5℃，热处理时间16h，然后关闭热处理炉，使其随炉冷却至25℃；

(9)抛光

对低温热处理后的镁铝层状复合板用软质材料抛光，成终产物：镁铝层状复合板；

(10)检测、化验、分析、表征

对制备的镁铝层状复合板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能和力学性能进行检测、化验、分析和表征；

用扫描电子显微镜进行化学成分、金相组织分析；

用电子万能试验机进行结合强度测试；

用电化学测试仪进行耐腐蚀性能测试；

结论：镁铝层状复合板为四层结构

即：镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层；

镁铝合金板与铝板结合界面抗拉强度为24MPa；

(11)包装储存

对制备的镁铝层状复合板用软质材料包装，储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。

2.根据权利要求1所述的一种镁铝层状复合板的制备方法，其特征在于：所述的镁铝层状复合板的热压温度为480℃±2℃，热压时间为30s，持续加压时间30s，热压压力30MPa。

3.根据权利要求1所述的一种镁铝层状复合板的制备方法，其特征在于：所述的镁铝层状复合板的制备是在压力机、开合式通槽不锈钢模具中进行的，压力机(1)下部为底座(2)，上部为顶座(3)，顶座(3)上部为压力泵(4)，左右由立柱(5)、(6)顶撑；在底座(2)上部为工作台(7)，工作台(7)内设有电阻加热器(8)、温度传感器(9)；工作台(7)上部垂直置放开合式通槽模具(10)，通槽模具(10)四角部为开合架(11)；在通槽模具(10)内下部为不锈钢垫板(12)，不锈钢垫板(12)上部为石墨膜层(14)，石墨膜层(14)上部为镁铝合金板(16)，镁铝合金板(16)上部为镁铝共晶合金粉(18)，镁铝共晶合金粉(18)上部为铝板(17)，铝板(17)上部为耐热纤维(15)，耐热纤维(15)上部为不锈钢压板(13)，不锈钢压板(13)上部为压头(19)，压头(19)上部连接压力泵(4)，压头(19)右侧部连接升降手柄(25)；在压力机(1)的左侧部设有电控箱(20)，电控箱(20)上设有显示屏(21)、指示灯(22)、调控开关(23)，并通过导线(24)与压力机压力泵(4)、电阻加热器(8)、温度传感器(9)联接；压力泵(4)、压头(19)由升降手柄(25)控制上下动作。

4.根据权利要求1所述的一种镁铝层状复合板的制备方法，其特征在于：镁铝层状复合材料为4层结构，即镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层。

5.根据权利要求1所述的一种镁铝层状复合板的制备方法，其特征在于：所述的镁铝层状复合板加热加压方式为压力机上部，制备方法如下：

①、将预热的通槽式不锈钢模具固定于压力机的不锈钢工作台上；

②、将预热的不锈钢垫板置于通槽式模具内下部；

③、用石墨块反复涂抹上工作台下表面，使其在上工作台下表面形成膜层，石墨膜层厚度为0.01mm；

④、开启电阻加热器，使上工作台温度升至480℃±2℃；

⑤、将镁铝共晶合金粉置于喷粉器内，喷粉器对准镁铝合金板表面反复均匀喷洒，在镁铝合金板上形成镁铝共晶合金粉层，粉末层厚度为0.5mm，粉末量为3.5g；

⑥、置放铝板，将铝板平置于镁铝共晶合金粉层上部，正面向下；

⑦、置放镁铝合金板及其上面的镁铝共晶合金粉和铝板，将镁铝合金板平直置于不锈钢垫板上，正面向上；

⑧、在上工作台上表面部置放110mm×110mm×5mm耐热纤维，使其平展；

⑨、置放预热的不锈钢压板，平直压在耐火纤维上；

⑩、开启压力机压力泵，压头压向不锈钢压板，使上工作台压向铝板，压力机压力逐渐升至30MPa；

镁铝合金板、镁铝合共晶金粉、铝板在加热、加压30s后，关闭电阻加热器，压力机持续加压30s后升起压头，使其自然冷却至25℃；

在加热、加压、冷却过程中，镁铝共晶合金粉将发生形态转换，由固态粉末——液态液体——固态固体，在形态转换过程中，将发生化学物理反应；形成四层层状结构，为镁铝层状复合板；

即：镁铝合金板层+镁铝共晶层+镁铝金属间化合物层+铝板层；

冷却后，拆下不锈钢压板，开启通槽式不锈钢模具，取出镁铝层状复合板；

切边打磨成型：100mm×100mm×2.3mm镁铝层状复合板；

通过以上步骤，制成：镁铝层状复合板。

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