CN102489529B - 一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，它涉及一种铝钢复合板的制备方法。本发明要解决现有液-固轧制法存在制备铝钢层状金属复合板存在需要大量使用钎剂，且得到的复合板界面结合强度低的问题。方法：一、首先将钢板表面进行处理，并在氮气保护下预热；二、在氮气保护下将纯铝材料全部熔化，并使液态铝形成波峰；三、在超声波辅助下进行镀铝；四、采用内冷式水冷轧辊进行冷却轧制，即得到薄膜铝钢复合板。优点：避免了钎剂的使用，降低了对工作人员的毒副作用、对铝钢结合界面的不良影响，且降低了制备成本；提高了结合强度。本发明主要用于制备薄膜铝钢复合板。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝钢复合板的制备方法。
背景技术
层状金属复合材料复合板是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的新型材料。尽管各层金属仍然保持各自原有特性，但其性能比单一金属优越得多，因此，异种金属以层状结合而成的新型复合材料近年来受到普遍重视。铝和钢作为常见金属，其复合板在发电设备、汽车、船舶、钢道交通、核能、机械、航天、石油、化工等中有着广泛应用。
铝钢层状金属复合板的生产方法，主要包括半固态压力复合法、爆炸复合法、粉末冶金法、轧制复合法、热浸铝。
半固态压力复合法的基本工艺是：按照要求制备覆层金属半固态浆料，然后将其浇注在预先进行过表面处理的母板上，在压力模中加压成形，实现界面凝固复合。但是该方法不能生产带材，而且存在母板氧化、复合板界面残余应力较大的问题，影响界面结合强度。
爆炸复合技术是固-固相复合方法，广泛应用于制备金属复合板，其原理为利用炸药做能源，在炸药的高速引爆和冲击作用下将两种或两种以上的金属大面积焊接在一起，优点在于产品性能稳定，大部分金属材料都可以实现爆炸复合。缺点在于不适合制备薄膜复合板，不能生产带材，铝钢界面呈波浪形、界面形貌不易控制。
粉末冶金法首先对母材表面进行预处理，根据需要配置粉末，然后将粉末均匀覆在母材表面，对其进行高温烧结，最后经轧制平整得到复合板。其特点在于将液相熔化改为粉末冶金，适用于轴瓦合金带的生产。缺点在于生产过程耗费大量能源、对环境造成很大污染、粉末冶金形成层不够致密。
固-固轧制复合是生产金属复合板广泛应用的技术，通过轧制产生的新的金属界面接触达到结合。该方法需要很大的压下率，要求轧机庞大，设备投资大。
在已公开的专利《液-固相异种金属轧制复合方法及设备》(申请号：00109241.3)和已公开文献《钢-铝固液相复合中浸镀助焊剂的应用研究》(作者：张鹏，崔建忠，杜云慧，巴立民.金属学报，1997，V33(8)：869-873)中提出了液-固轧制法制备铝钢层状金属复合板，原理是利用液态金属的高扩散能力和轧制时产生的压力，借助复合焊接剂实现两种不同金属材料的结合。该方法与固-固复合轧制相比具有能源消耗少、生产效率高、复合强度大等优势，但和钢材热浸铝一样，在生产过程中都需要大量使用钎剂，钎剂本身有毒性，易在表面和界面析出，不易清除，且热稳定性差、具有腐蚀性、去除氧化物效果不稳定，而且液-固轧制法得到的复合板界面结合强度低，只能满足一般的装饰要求，难以承受大变形的机械加工。因此现有液-固轧制法存在制备铝钢层状金属复合板存在需要大量使用钎剂，且得到的复合板界面结合强度低的问题。
发明内容
本发明要解决现有液-固轧制法存在制备铝钢层状金属复合板存在需要大量使用钎剂，且得到的复合板界面结合强度低的问题，而提供一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法。
一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，具体是按以下步骤完成的：一、首先将钢板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在温度为100℃～400℃的氮气保护下预热30min～120min，得到钢板基料；二、首先在氮气保护下将纯铝材料全部熔化，然后在500转/min～10000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为680℃～800℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的0.3～2.0倍，液态铝的波峰宽度为20mm～300mm，液态铝的波峰数量为1～3个；三、在频率为20kHz～100kHz、工作压力为0.1MPa～1.0MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为0°～10°、传输速度为5mm/s～150mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降10%～80%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板；四、采用内冷式水冷轧辊对步骤三得到的热薄膜铝钢复合板进行冷却轧制，至表面粗糙度为2μm～15μm为止，即得到薄膜铝钢复合板。
本发明的优点：一、本发明采用超声波辅助，有效破除氧化膜，避免了钎剂的使用，因此降低了对工作人员的毒副作用、对铝钢结合界面的不良影响，且降低了制备成本；三、因为本发明采用超声波辅助，不仅有效破除氧化膜，而且清洁金属表面氧化膜及其它污渍，使液态铝能够快速润湿、铺展、附着在钢板基料表面，使薄膜铝钢复合板界面完整结合，因此提高了结合强度。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、首先将钢板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在温度为100℃～400℃的氮气保护下预热30min～120min，得到钢板基料；二、首先在氮气保护下将纯铝材料全部熔化，然后在500转/min～10000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为680℃～800℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的0.3～2.0倍，液态铝的波峰宽度为20mm ～300mm，液态铝的波峰数量为1～3个；三、在频率为20kHz～100kHz、工作压力为0.1MPa～1.0MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为0°～10°、传输速度为5mm/s～150mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降10%～80%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板；四、采用内冷式水冷轧辊对步骤三得到的热薄膜铝钢复合板进行冷却轧制，至表面粗糙度为2μm～15μm为止，即得到薄膜铝钢复合板。
本实施方式采用超声波辅助，有效破除氧化膜，避免了钎剂的使用，因此降低了对工作人员的毒副作用、对铝钢结合界面的不良影响，且降低了制备成本。
因为本实施方式采用超声波辅助，不仅有效破除氧化膜，而且清洁金属表面氧化膜及其它污渍，使液态铝能够快速润湿、铺展、附着在钢板基料表面，使薄膜铝钢复合板界面完整结合，因此提高了结合强度。
采用下属试验验证本发明效果：
试验一：一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、首先将钢板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在温度为250℃的氮气保护下预热75min，得到钢板基料；二、首先在氮气保护下将纯铝材料全部熔化，然后在5000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为740℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的1～1.5倍，液态铝的波峰宽度为100mm～200mm，液态铝的波峰数量为2个；三、在频率为60kHz、工作压力为0.5MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为5°、传输速度为75mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降50%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板；四、采用内冷式水冷轧辊对步骤三得到的热薄膜铝钢复合板进行冷却轧制，至表面粗糙度为5μm～10μm为止，即得到薄膜铝钢复合板。
采用拉剪强度测试方法检测本试验制备的薄膜铝钢复合板的结合强度达到70MPa。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中在温度为200℃～300℃的氮气保护下预热60min～90min，得到钢板基料。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中在2000转/min～8000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为700℃～780℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的0.5～1.8倍，液态铝的波峰宽度为100mm～200mm，液态铝的波峰数量为1～2个。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中在频率为50kHz～70kHz、工作压力为0.3MPa～0.7MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为2°～8°、传输速度为50mm/s～100mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降20%～60%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板。其它与具体实施方式一至三相同。
Claims (4)
1.一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，其特征在于超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法是按以下步骤完成的：
一、首先将钢板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在温度为100℃～400℃的氮气保护下预热30min～120min，得到钢板基料；二、首先在氮气保护下将纯铝材料全部熔化，然后在500转/min～10000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为680℃～800℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的0.3～2.0倍，液态铝的波峰宽度为20mm～300mm，液态铝的波峰数量为1～3个；三、在频率为20kHz～100kHz、工作压力为0.1MPa～1.0MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为0°～10°、传输速度为5mm/s～150mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降10%～80%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板；四、采用内冷式水冷轧辊对步骤三得到的热薄膜铝钢复合板进行冷却轧制，至表面粗糙度为2μm～15μm为止，即得到薄膜铝钢复合板。
2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，其特征在于步骤一中在温度为200℃～300℃的氮气保护下预热60min～90min，得到钢板基料。
3.根据权利要求2所述的一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，其特征在于步骤二中在2000转/min～8000转/min的叶轮旋转作用下，使液态铝形成波峰，液态铝的波峰温度为700℃～780℃，液态铝的波峰高度为步骤一得到钢板基料厚度的0.5～1.8倍，液态铝的波峰宽度为100mm～200mm，液态铝的波峰数量为1～2个。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种超声波辅助液-固轧制制备薄膜铝钢复合板的方法，其特征在于步骤三中在频率为50kHz～70kHz、工作压力为0.3MPa～0.7MPa的超声波辅助下，将步骤一得到的钢板基料以倾斜角度为2°～8°、传输速度为50mm/s～100mm/s与步骤二产生的液态铝的波峰接触，并且在步骤一得到的钢板基料的作用下使步骤二产生的液态铝的波峰高度下降20%～60%，当步骤一得到的钢板基料与步骤二产生的液态铝的波峰脱离后即得到热薄膜铝钢复合板。
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