CN103879086A

CN103879086A - 一种镁铝多层复合板材及其加工方法

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Publication number: CN103879086A
Application number: CN201410152407.6A
Authority: CN
Inventors: 信运昌; 聂建峰; 刘庆; 洪睿; 冯波; 吴洋
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: CN103879086B

Abstract

本发明公开了一种镁铝多层复合板材及其加工方法，本复合板材由带空腔的包覆基材和位于包覆基材空腔中的芯材构成，包覆基材和芯材通过挤压工艺结合为一体并形成复合板材。空腔可以是两端贯通或一端贯通。其加工方法为：1)在镁合金或铝合金基材中设置两端贯通或一端贯通的空腔以形成包覆基材，然后在空腔中填充芯材，芯材为镁合金板材/棒材或铝合金板材/棒材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板；然后在400℃-500℃下固溶处理；2）最后对第1）步包覆有芯材的包覆基材通过挤压加工成需要尺寸的板材即可。本发明方便加工、加工成本低、板型易控制。

Description

一种镁铝多层复合板材及其加工方法

技术领域

本发明涉及复合板材结构及加工方法的改进，具体涉及一种镁铝多层复合板材及其加工方法，属于镁铝复合板材技术领域。

背景技术

镁室温时的密度为 1.74g/cm³，镁合金的密度约为铝合金的 2/3，钢的 1/4。镁合金由于具有密度小、质量轻、尺寸稳定性高、电磁屏蔽性能好、具有良好的切削加工特性、很好的比强度和比刚度、导热、导电性佳以及很高的可回收性等多项优点，使其在结构性与加工组件的应用与需求上大幅上涨。镁合金产品可以应用于大多数3C(电脑、通讯与消费性电子产品)设备、汽车零组件、航空航天、运输工具、电源等产业，在这些产业市场镁合金技术发挥着应用。但，镁合金塑性变形能力差，塑性加工困难。此外，镁的腐蚀电位较低，腐蚀产物疏松多孔，因此，镁合金的耐腐蚀性能较差，需要进行有效的防护，大幅提高了镁合金产品的成本。

铝合金的密度约2.7g/cm³，且具有良好的塑性，具有优异的耐腐蚀性能，目前常用的高强铝合金强度可达700MPa，广泛被用于结构材料。然而，与镁合金相比，铝合金的密度仍显著高于镁合金。

异种金属复合板可以有效利用两种金属材料的各自优点，从而获得更好性能。因此，制备镁合金和铝合金的复合板可以利用镁合金轻质和铝合金耐腐蚀性能的优势，获得更为优异的综合性能。传统的制备复合板材的方法是利用累积叠轧的方法，即利用热轧加工实现两种金属板材复合。采用累积叠轧方法可以制备双层和多层复合板。然而镁合金和铝合金累积叠轧需要在高温下进行，板材表面的氧化显著弱化了板材结合性能。此外，由于镁合金塑性加工性能较差，制备用于累积叠轧的板材需要极高的成本。

挤压成型是镁合金典型塑性加工方法。挤压时受到的三向压应力促使镁合金充分发挥自身塑性，提高塑性变形能力，避免开裂，并且挤压方法具有操作简单、产品性能优良与很好的表面光洁度等优点，受到许多人士青睐。但现有加工存在下述不足：1、挤压时，坯料向四周流动，最终产品板型难以达到理想的状态，这将增加后续处理工作量；2、易腐蚀的镁合金部分暴露在外，容易受到腐蚀。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种方便加工、加工成本低、板型易控制的镁铝多层复合板材。同时提供该复合板材的加工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种镁铝多层复合板材，由带空腔的包覆基材和位于包覆基材空腔中的芯材构成，包覆基材和芯材通过挤压工艺结合为一体并形成复合板材。空腔可以是两端贯通，也可以一端贯通。

所述芯材为镁合金板材或铝合金板材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板。

所述包覆基材为铸态坯料，镁合金板材和铝合金板材由铸态坯料切割而成。

所述包覆基材横截面和空腔横截面均为矩形；所述包覆基材为镁合金或铝合金。

一种镁铝多层复合板材加工方法，按如下步骤进行：

1) 在镁合金或铝合金基材中设置两端贯通或一端贯通的空腔以形成包覆基材，然后在空腔中填充芯材，芯材的截面尺寸及长度与空腔截面尺寸和长度对应，所述芯材为镁合金板材/棒材或铝合金板材/棒材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板；然后在400℃-500℃下固溶处理；

2）最后对第1）步包覆有芯材的包覆基材通过挤压加工成需要尺寸的板材即可，挤压温度为200℃-500℃。

也可以将本方法得到的镁铝多层复合板材进行表面处理后再多层叠放后填充到包覆基材空腔中，以替代镁合金板材和铝合金板多层间隔叠放，最后再进行挤压即可。

本发明提出了利用挤压加工制备镁铝复合板材，通过对镁合金和铝合金铸态坯料挤压加工制备出单层或多层复合板，通过调控复合芯板中镁合金和铝合金的比例可以有效调控多层复合板材中的镁合金和铝合金的比例。与现有方法相比，本方法具有如下优点：

1）本方法原料采用铸态坯料制备板材，无需将难变形的镁合金加工成板材后再进行复合，因此加工成本低。

2）在挤压过程中芯材的流动性受到包覆基材的限制，最终产品可以获得更好的板型，且易控制。

3）由于挤压初料为坯料切割而成的板状而非加工成型的板材，表面氧化物量少，可以有效的减少表面氧化物对复合板材截面结合的影响。

4）如果包覆基材为铝合金，此时整个复合板材中镁合金处于被包覆状态，可以有效的防止易腐蚀的镁合金部分的腐蚀。

与其它加工方法相比，本发明具有结合力好，操作简便等优点。

附图说明

图1-本发明复合板材实施例1结构示意图。

图2-本发明复合板材实施例2结构示意图。

图3-本发明复合板材实施例3结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明镁铝多层复合板材，由带空腔（空腔两端贯通或一端贯通）的包覆基材和位于包覆基材空腔中的芯材构成，包覆基材和芯材通过挤压工艺结合为一体并形成复合板材。所述芯材为镁合金板材或铝合金板材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板。根据所需要制备复合板材的层数来确定坯料中镁合金和铝合金板材的层数。由于芯材在挤压的过程中流动性受到限制，可以获得更好的板型。

本发明包覆基材为铸态坯料，构成芯材的镁合金和铝合金板材也由铸态坯料直接切割而成。这样无需将难变形的镁合金加工成板材后再进行复合，因此加工成本低。

所述包覆基材为镁合金或铝合金材质。包覆基材坯料采用圆形坯和方形坯。空腔横截面采用圆形孔或方形孔，空腔可以采用直接铸造形成，或者机械加工得到。

一种镁铝多层复合板材加工方法，按如下步骤进行：

1) 在镁合金或铝合金基材中设置矩形或圆形的且两端贯通或一端贯通的空腔以形成包覆基材，然后在空腔中填充芯材，芯材的截面尺寸及长度与空腔截面尺寸和长度对应；所述芯材为镁合金或铝合金的板材或棒材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板；然后在400℃-500℃下固溶处理；

2）最后对第1）步包覆有芯材的包覆基材通过挤压（具体挤压时，从空腔一端向板材模具口端，平行模口挤压）以加工得到需要尺寸的板材即可，芯材被挤压为矩形，挤压温度为200℃-500℃。

根据需要，也可以将本方法得到的镁铝多层复合板材进行表面处理后再多层叠放后填充到包覆基材空腔中，以替代镁合金和铝合金板材多层间隔叠放，最后再进行挤压即可。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。

例一

外铸锭坯（即包覆基材1）的原始尺寸为Φ80x110mm，为6082合金。在560⁰C均匀化处理6h，在圆锭中掏Φ40x110mm的孔，准备Φ40x110mm的AZ31铸锭（即芯材2），在400⁰C均匀化处理10h后进行表面钢丝球洗刷处理后放入6082铸锭中，在炉子中460⁰C保温1h，在尺寸为3x56mm的模具中于460⁰C挤压得到板材。挤压制品尺寸较稳定，实际尺寸为3x58mm见图1。

例二

外铸锭坯（即包覆基材1）的原始尺寸为具有42x42x110mm的内方孔的Φ80x110mm圆锭，为6082合金。以及一块110x42x14mm铝合金板材6082，在560⁰C均匀化处理6h，两块110x42x14mm镁合金板材 AZ31, 400⁰C均匀化处理10h，用机械加工，去掉明显缺陷，之后运用钢丝刷打磨表面，交叉叠放入6082铸锭方孔中。在炉子中400⁰C保温1.5h后，在尺寸为3x56mm的模具中于400⁰C挤压得到板材。挤压制品尺寸较稳定，实际尺寸为2.8x60.2mm。见图2。

例三

外铸锭坯（即包覆基材）的原始尺寸为具有42x42x110mm的内方孔的Φ80x110mm圆锭，为6082合金。以及三块110x42x6mm铝合金板材6082，在560⁰C均匀化处理6h，四块110x42x6mm 镁合金板材AZ31, 400⁰C均匀化处理10h，用机械加工，去掉明显缺陷，之后运用钢丝刷打磨表面，交叉叠放入6082铸锭方孔中。在炉子中400⁰C保温1.5h后，在尺寸为3x56mm的模具中于400⁰C挤压得到板材。挤压制品尺寸较稳定,实际尺寸为2.8x60.8mm。见图3。

例四

外铸锭坯的原始尺寸为有42x42x110mm的内方孔的Φ80x110mm圆锭，为6082合金。在560⁰C均匀化处理6h，将例三挤压获得的复合板材剪切16块，进行切边及表面光洁处理，并保证尺寸大约在2.6x42mm，随后叠放进6082铸锭中，放入炉子中进行400保30min，在尺寸为3x56mm的模具中于400⁰C挤压得到板材。挤压制品表面光洁度较好，尺寸稳定, 实际尺寸为3x58mm，边部裂纹少。

本方法通过对镁合金外覆铝合金从而提高其成形性与乃腐蚀性，可以通过高温或者低温挤压获得不同的力学性能，在低温下变形较大，可以有效的细化晶粒，以及使其经过上述方法处理后形成有利于后续轧制成型的织构类型，可以为后续的轧制等变形处理提供很好的性能，同时可以运用多块铝和镁合金交叉叠放一次挤压成形，实现短程化和连续生产，还可以多次叠放复合板材生产更多层的复合板材，获得更优异的性能。通过挤压成形生产复合板材，明显降低了镁合金薄板材的加工生产成本。与此同时，通过此工艺制备出的镁合金板材有比轧制更为均匀、细小的晶粒组织和优异的力学性能，板坯边裂倾向得到改善，从而使镁合金板材质量得以提高。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种镁铝多层复合板材，其特征在于：由带空腔的包覆基材和位于包覆基材空腔中的芯材构成，包覆基材和芯材通过挤压工艺结合为一体并形成复合板材。

2.根据权利要求1所述的镁铝多层复合板材，其特征在于：所述芯材为镁合金板材或铝合金板材，或者由上下间隔叠放的镁合金板材和铝合金板材构成的复合芯板。

3.根据权利要求1所述的镁铝多层复合板材，其特征在于：所述包覆基材为铸态坯料，镁合金板材和铝合金板材由铸态坯料切割而成。

4.根据权利要求1所述的镁铝多层复合板材，其特征在于：所述包覆基材横截面和空腔横截面均为矩形；所述包覆基材为镁合金或铝合金。

5.一种镁铝多层复合板材加工方法，其特征在于：按如下步骤进行：

6.根据权利要求5所述的镁铝多层复合板材加工方法，其特征在于：所述包覆基材为铸态坯料，镁合金板材和铝合金板材由铸态坯料切割而成。

7.一种镁铝多层复合板材加工方法，其特征在于：按如下步骤进行：

1) 在镁合金或铝合金基材中设置矩形的且两端贯通或一端贯通的空腔以形成包覆基材，然后在空腔中填充复合芯板，复合芯板的截面尺寸及长度与空腔截面尺寸和长度对应，所述复合芯板由上下叠放的多层板坯构成；所述板坯为权利要求5或6得到的镁铝多层复合板材；

2）最后对第1）步包覆有复合芯板的包覆基材通过挤压加工成需要尺寸的板材即可，挤压温度为200℃-500℃。