CN103286434B - 一种高强度叠层复合板制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备高强复合板的方法。先对待复合金属板表面进行清理，然后将大小一样的板料按对齐叠放，并用夹具夹紧固定在搅拌摩擦焊机上。通过控制搅拌头的转速500-1500rpm、焊接速率20-80mm/min、搅拌头轴肩压下量0.1-0.3mm，利用搅拌摩擦焊机高速旋转搅拌头的轴肩与金属板接触产生的摩擦热使金属板软化，以及搅拌头对作用区的挤压和搅拌作用，形成使上下板结合到一起的一条搅拌摩擦轨迹；采用搭接的方法，对整个板面进行多次往复处理，就获得了上下板紧密结合的复合板材。本发明制备的叠层复合板除板与板之间具有高的结合强度之外，形成的复合板本身也具有优异的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合板的制备方法，特别是一种高强度叠层复合板的制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
金属叠层复合材料是利用一定的复合技术使性能迥异的两种或两种以上的金属牢固结合在一起，组元为层状分布的一种复合材料。金属叠层复合材料各组元材料性能上起协同作用，其综合力学和物理化学性能、价格等综合因素得到优化，所以应用前景非常广阔。如不锈钢复合板可广泛应用于机械、石油化工、环境保护、医药卫生等行业，钛复合板在航空工业、冶金等行业将会有很大的发展空间。目前常用的金属叠层复合材料的制备方法有轧制复合法、爆炸复合法、爆炸制坯－轧制复合法、扩散焊接、铸轧法等。轧制复合法是指将两种或者两种以上的金属待复合表面相互接触，在轧机的强大压力下，两层金属的待复合表面发生塑性变形，表面硬化层破裂，洁净而活化的金属从金属表面裂缝中挤出而实现牢固结合的一种方法。爆炸复合又称爆炸焊接，其原理是利用炸药爆炸时产生的冲击波，使得待复合金属板以极高的速度与基体金属发生撞击，在撞击点附近产生瞬间高压，同时形成高速金属射流去除待复合表面上的污物和氧化物层，露出洁净活化的金属而实现牢固的复合。爆炸复合法应用范围广，且生产的叠层复合材料具有很高的结合强度、较好的加工性能和使用性能。但爆炸复合具有危险性，产生的噪音较大，生产效率较低，而且要求待复合的金属硬度不能太高。爆炸制坯－轧制法是爆炸复合和传统的轧制复合两种方法的结合，是生产各种尺寸、形状、性能的金属叠层复合材料的新方法。爆炸制坯－轧制法能够克服爆炸复合和轧制复合的局限性，在增加产量、降低成本、扩大应用范围等方面，有着很大的潜力。铸轧复合法是将铸造法和轧制法结合起来的一种生产叠层复合材料的新方法，是将金属液浇铸在基板上，在半凝固状态将液态金属与固态基板一起进入轧机进行变形加工，实现基板与复层金属复合。这种方法既有高温液相，又有轧制压力，所以在适当的温度和压力下，可以实现较高的结合强度。铸轧复合法工艺简单，成本较低，适用于大批量的生产。扩散焊接法是一种制备金属叠层材料的新方法，特别适用于异种金属之间的复合。扩散焊接将表面洁净的金属叠在一起，并加热到一定温度，同时对金属施加一定的压力，在热和压力的共同作用下，原子间发生互扩散，进而实现金属间的结合。这种复合方法不会引起材料的宏观塑性变形和熔化，可实现材料的大面积连接复合，且接头残余应力小。利用扩散焊接连接的构件变形小，尺寸精度高，环保，但其前期设备投入大，制备时间长。
由此可见，对于金属叠层复合材料界面结合强度的改善，虽然在制备方法等方面开展了大量的工作，但该问题仍未得到圆满解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度叠层复合板的制备方法，以解决现有技术中存在的界面结合强度不够高的问题，用本发明方法制备的金属叠层复合板具有优异的界面结合强度和优良的综合性能。
本发明的原理是：一定厚度（搅拌头的长度要略大于上层金属板的厚度），当轴肩与上层金属表面接触时，轴肩的旋转产生了辅助的摩擦热，并在搅拌头的周围产生了塑性变形，此时，搅拌头沿着金属板表面向前移动直到板的另一端，利用搅拌头与工件材料间摩擦生热，不断软化、挤压和搅拌前方的金属，而在搅拌头已走过的部位金属逐渐冷却、固化，就形成了使上下板结合到一起的一条搅拌摩擦的轨迹。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种高强度叠层复合板的制备方法，按以下步骤进行：
（1）打磨、清洗铝合金板和镁合金板表面；
（2）将铝合金板和镁合金板叠放在一起并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上；
（3）将高速旋转的搅拌头的搅拌针从铝合金板上一端插入并进入镁合金板，搅拌头的轴肩与铝合金板表面接触，且进入深度大于镁合金板厚的1/3，采用搭接的方法移动搅拌头从一端至另一端直至整个板面处理完毕。
步骤3中所述的搅拌头的转速为500-1500rpm，所述的搭接率≥50%，所述的搅拌针移动速率为20-80mm/min；所述的搅拌头的轴肩压下量为0.1-0.3mm。
本发明与现有技术相比，本发明制备的叠层复合板除了板与板之间具有高的结合强度之外，形成的复合板本身也具有优异的综合力学性能，这是因为上板在高速旋转的搅拌头作用下，局部组织发生剧烈的塑性变形，搅拌后组织较原组织显著细化，从而使材料性能得到大幅提高。
附图说明
附图1为本发明复合板制备过程示意图。
具体实施方式
实施例1
1）选取厚为5mm的商用7075Al合金板和厚为10mm的AZ31镁合金板为实验用材，并用线切割的方法切成尺寸为150mm×150mm的小块。将切好的板料用金属角向磨光机打磨拟复合表面，并用丙酮和无水乙醇清洗。
2）将切好的7075Al合金板料置于AZ31镁合金板上，对齐，并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上。
3）采用搅拌针为6.5mm长的搅拌头，在转速为500rpm，移动速度为20mm/min，搅拌头轴肩压下量为0.1mm，从板材一端开始实施摩擦搅拌直到另一端。
4）如图1，采用搭接的方法，按上述参数在前一搅拌轨迹附近进行下一次加工处理，搭接率为50%，多次反复后直至整个表面全部处理完成。
5）从制备好的复合板料上用线切割的方法切取拉伸试样和剪切试样，对复合板间的界面结合强度和板料的力学性能进行测试，测试结果见表1。
实施例2
1）选取厚为5mm的商用7075Al合金板和厚为10mm的AZ31镁合金板为实验用材，并用线切割的方法切成尺寸为150mm×150mm的小块。将切好的板料用金属角向磨光机打磨拟复合表面，并用丙酮和无水乙醇清洗。
2）将切好的7075Al合金板料置于AZ31镁合金板上，对齐，并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上。
3）采用搅拌针为6.5mm长的搅拌头，在转速为1500rpm，移动速度为80mm/min，搅拌头轴肩压下量为0.3mm，从板材一端开始实施摩擦搅拌直到另一端。
4）如图1，采用搭接的方法，按上述参数在前一搅拌轨迹附近进行下一次加工处理，搭接率为50%，多次反复后直至整个表面全部处理完成。
5）从制备好的复合板料上用线切割的方法切取拉伸试样和剪切试样，对复合板间的界面结合强度和板料的力学性能进行测试，测试结果见表1。
实施例3
1）选取厚为5mm的商用7075Al合金板和厚为10mm的AZ31镁合金板为实验用材，并用线切割的方法切成尺寸为150mm×150mm的小块。将切好的板料用金属角向磨光机打磨拟复合表面，并用丙酮和无水乙醇清洗。
2）将切好的7075Al合金板料置于AZ31镁合金板上，对齐，并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上。
3）采用搅拌针为6.5mm长的搅拌头，在转速为1000rpm，移动速度为40mm/min，搅拌头轴肩压下量为0.2mm，从板材一端开始实施摩擦搅拌直到另一端。
4）如图1，采用搭接的方法，按上述参数在前一搅拌轨迹附近进行下一次加工处理，搭接率为50%，多次反复后直至整个表面全部处理完成。
5）从制备好的复合板料上用线切割的方法切取拉伸试样和剪切试样，对复合板间的界面结合强度和板料的力学性能进行测试，测试结果见表1。
实施例4
1）选取厚为5mm的商用7075Al合金板和厚为10mm的AZ31镁合金板为实验用材，并用线切割的方法切成尺寸为150mm×150mm的小块。将切好的板料用金属角向磨光机打磨拟复合表面，并用丙酮和无水乙醇清洗。
2）将切好的7075Al合金板料置于AZ31镁合金板上，对齐，并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上。
3）采用搅拌针为6.5mm长的搅拌头，在转速为1000rpm，移动速度为40mm/min，搅拌头轴肩压下量为0.2mm，从板材一端开始实施摩擦搅拌直到另一端。
4）如图1，采用搭接的方法，按上述参数在前一搅拌轨迹附近进行下一次加工处理，搭接率为80%，多次反复后直至整个表面全部处理完成。
5）从制备好的复合板料上用线切割的方法切取拉伸试样和剪切试样，对复合板间的界面结合强度和板料的力学性能进行测试，测试结果见表1。
对比例1
利用轧制复合法制备7075Al/AZ31叠层复合板，轧制温度为460℃，压下量为40％。采用与实施例1相同的方法测试其界面结合强度和复合板的力学性能，结果列于表1。
表1力学性能测试结果
Claims (3)
1.一种高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)打磨、清洗铝合金板和镁合金板表面；
(2)将铝合金板和镁合金板重叠放在一起并用夹具固定于搅拌摩擦焊加工平台上；
(3)将高速旋转的搅拌头的搅拌针从铝合金板上一端插入并进入镁合金板，搅拌头的轴肩与铝合金板表面接触，且进入深度大于镁合金板厚的1/3，采用搭接的方法移动搅拌头从一端至另一端直至整个板面处理完毕，其中，搅拌头的转速为500-1500rpm。
2.根据权利要求1所述的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的搅拌针移动速率为20-80mm/min。
3.根据权利要求1所述的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的搅拌头的轴肩压下量为0.1-0.3mm。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114107851B (zh) * | 2021-12-16 | 2022-06-17 | 江苏海洋大学 | 基于搅拌摩擦加工白铜合金晶界特征的分布优化方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102319952A (zh) * | 2011-06-14 | 2012-01-18 | 兰州理工大学 | 一种轻质合金-钢无匙孔搅拌摩擦点焊焊接方法及装置 |
| CN102794563A (zh) * | 2012-08-24 | 2012-11-28 | 北京科技大学 | 用于异种材料连接的搅拌摩擦扩散焊接方法 |
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000225476A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Showa Alum Corp | 金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法 |
| JP4318499B2 (ja) * | 2003-07-25 | 2009-08-26 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 接合材 |
| JP2007301573A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合構造体 |
| US20100089977A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-15 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Friction stir welding of dissimilar metals |
| CN101530947B (zh) * | 2009-04-08 | 2012-07-04 | 西安交通大学 | 一种搅拌摩擦钎焊制备双金属复合板的方法 |
| CN101579784A (zh) * | 2009-06-26 | 2009-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 通过搅拌摩擦制造金属复合板的方法 |
| US8464926B2 (en) * | 2009-10-30 | 2013-06-18 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method of friction stir welding dissimilar metals and workpiece assemblies formed thereby |
| KR20110075266A (ko) * | 2009-12-28 | 2011-07-06 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 이종재료 마찰용접방법 및 용접장치 |
| CN102284784A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-12-21 | 南昌航空大学 | 一种铜钢复合板的制备方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102319952A (zh) * | 2011-06-14 | 2012-01-18 | 兰州理工大学 | 一种轻质合金-钢无匙孔搅拌摩擦点焊焊接方法及装置 |
| CN102794563A (zh) * | 2012-08-24 | 2012-11-28 | 北京科技大学 | 用于异种材料连接的搅拌摩擦扩散焊接方法 |
| CN103008875A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-03 | 北京理工大学 | 一种异种金属焊接接头及其焊接方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 镁铝异质搅拌摩擦焊搭接接头微观组织分析;付宁宁等;《热加工工艺》;20110915;第40卷(第17期);第133-135页 * |
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