CN107723646A - 一种抗磨耐候合金板材的制备工艺及其合金板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：步骤1：将包含锂、铝以及镁的铸锭进行均匀化退火处理；步骤2：将铸锭经过线切割成板坯，将板坯通过加热处理后，进行多道次热轧处理，得板材I；步骤3：将板材I进行去应力退火处理，得板材II；步骤4：将板材II经过多道次冷轧处理，得板材III；步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。本发明的技术方案首次通过热处理工艺、退火工艺、热轧工艺及冷轧工艺的完美组合，本发明的技术方案具有节能，加工周期短，工艺效率高，获得的合金板材品质高具有较高延展性、高强度、耐磨耐候性的特点。

Description

一种抗磨耐候合金板材的制备工艺及其合金板材
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种抗磨耐候合金板材的制备工艺及其合金板材。
背景技术
随着社会的发展，能源问题越来越受到人们的重视，轻量化节能减排逐渐成为交通领域发展的趋势，因此轻质金属材料的制备和成型逐渐成为国内外学者的研究热点。镁锂合金是最轻的合金材料，其密度较常见的AZ、ZK系列镁合金密度更低，对轻量化有着积极的意义。同时镁锂合金还具有高的比刚度、比强度和优良的抗震性能、抗高能粒子穿透能力和好的生物相容性，是航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一，所以镁锂合金的成型工艺显得尤为重要，充分发挥镁锂合金的塑形成型能力，将使其在这些领域发挥出巨大的价值。但是，目前大部分镁合金制品均采用压铸的方式进行生产，虽然通过压铸可以获得非常复杂的产品形状，但是通过压铸生产出的镁合金制品存在着一些固有的缺陷，如铸件内部存在的显微气孔，晶粒粗大，成分偏析等等，这些铸造缺陷都将降低镁合金铸件的力学性能，使铸造成品率下降，从而导致生产成本增高。
钛基碳氮化物合金，所谓的金属陶瓷，被广泛用于金属切削的目的。与WC-Co基材料相比，当与热钢接触时，即使是无涂层时，金属陶瓷也具有优良的化学稳定性，但是具有显著较低的韧性。这使它们最适合用于精整操作，通常精整操作的特征在于切削刃上的有限的机械载荷以及精整部件的高的表面光洁度要求。
目前常用的金属陶瓷材料主要集中在碳化钨上，其主要成分是碳化钨和一定的粘结相金属(镍、钼等)组成。碳化钨在硬度、韧性和抗弯强度等方面都具有比较好的性能，但是由于钨本身密度很高，碳化钨材料的密度一直是局限其应用的重要阻碍。而且钨的资源有限，价格较高，大量采用碳化钨会使产品的成本较高，不利于市场竞争和资源节约。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供本发明的目的是在于提供一种抗磨耐候合金板材的制备工艺及其合金板材，该工艺简单、低能耗、低成本，采用超轻双相镁铝合金和石墨烯金属陶瓷涂层，具有较高延展性、高强度以及耐磨耐候性。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂5wt％～10wt％、铝2wt％～5wt％以及镁3 wt％～8wt％的铸锭进行均匀化退火处理；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成板坯，将所述板坯通过加热处理后，进行多道次热轧处理，得板材I；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II；
步骤4：将所述板材II经过多道次冷轧处理，得板材III；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
进一步地，所述石墨烯金属陶瓷粉末为石墨烯粉末与NiMo-TiC 金属陶瓷粉末均匀混合而成。
进一步地，所述石墨烯金属陶瓷粉末包括：8wt％～12wt％的Ni， 3wt％～8wt％的Mo，3wt％～5wt％的石墨烯，余量为TiC。
进一步地，所述喷枪出口与所述板材III表面的垂直距离为 200～500mm。
进一步地，所述可爆炸气体为乙炔和氧气的混合气体。
进一步地，所述乙炔流量为0.5～2m3/h，乙炔压力为 0.05～0.2MPa，所述氧气流量为0.5～2m3/h，氧气压力为 0.05～0.5MPa。
进一步地，所述步骤1中的均匀化退火处理为：将所述铸锭在 250～400℃温度条件下，退火12～24小时后，淬入水中。
进一步地，所述步骤4中的多道次冷轧处理为：采用道次压下量为所述板坯厚度为10％～20％。
进一步地，所述多道次热轧处理为：所述板坯置于300～400℃温度下，保温0.5～2h。
进一步地，所述板坯经过多道次热轧处理得到厚度为1.5～3mm 的板材I。
进一步地，所述去应力退火为：在250～350℃温度下，退火 0.5～1h。
一种根据上述制备工艺制备的合金板材，包括合金基体，所述合金基体的表面喷涂有石墨烯金属陶瓷涂层。
本发明的有益效果是：
本发明的技术方案首次通过热处理工艺、退火工艺、热轧工艺及冷轧工艺的完美组合，将铸锭原料加工成薄而平整，且力学性能较好的超轻镁锂合金板材。本发明的技术方案采用的热处理工艺简单、操作性强；采用的退火工艺只包括均匀化退火和去应力退火两种工艺，且具有退火温度低、时间短的特点；采用的轧制包括热轧和冷轧两种加工过程，经过较少道次，同时只需要在热轧和冷轧之间进行一次中间退火，在热轧道次间歇和冷轧道次间歇不需要进行中间退火。在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层，石墨烯金属陶瓷涂层具有耐高温、耐冲击、耐摩擦、耐腐蚀、耐极冷、极热、抗热变形的性能，其在高温状态下具备非常良好的机械性能，综上所述，本发明的技术方案具有节能，加工周期短，工艺效率高，获得的合金板材品质高具有较高延展性、高强度、耐磨耐候性的特点。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
其中的附图标记为：1—合金基体；2—石墨烯金属陶瓷涂层。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂5wt％％、铝2wt％％以及镁3wt％的铸锭进行均匀化退火处理，退火温度250℃，退火时间24小时，达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成尺寸为120mm×150×10mm 的板坯，将所述板坯通过加热至300℃，保温1小时处理后，进行5 个道次热轧处理，最终热轧成板材I，道次热轧处理为将板坯置于 300℃温度下，保温2h；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II，去应力退火温度为250℃，退火1h；
步骤4：将所述板材II经过9道次冷轧处理，道次冷轧处理为采用道次压下量为道次板材II厚度的10％，最终得板材III为1mm以下的厚度；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，石墨烯金属陶瓷粉末为8wt％的Ni， 3wt％的Mo，3wt％的石墨烯，余量为TiC，调整喷枪出口与板材III 表面的垂直距离为200mm，调整氧气流量为0.5m3/h，氧气压力为0.2MPa，乙炔流量为1.0m3/h，乙炔压力为0.2MPa，以氮气作为送粉气体，其中氮气流量为0.5m3/h，氮气压力为0.1MPa，送粉量为20g/min，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
实施例2
一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂10wt％、铝5wt％以及镁8wt％的铸锭进行均匀化退火处理，退火温度300℃，退火时间15小时，达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成尺寸为120mm×150×9mm 的板坯，将所述板坯通过加热至400℃，保温0.5小时处理后，进行 9个道次热轧处理，最终热轧成板材I，道次热轧处理为将板坯置于 250℃温度下，保温1.5h；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II，去应力退火温度为350℃，退火0.5h；
步骤4：将所述板材II经过8道次冷轧处理，道次冷轧处理为采用道次压下量为道次板材II厚度的15％，最终得板材III为1mm以下的厚度；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，石墨烯金属陶瓷粉末为12wt％的Ni， 8wt％的Mo，5wt％的石墨烯，余量为TiC，调整喷枪出口与板材III 表面的垂直距离为300mm，调整氧气流量为0.8m3/h，氧气压力为0.1MPa，乙炔流量为1.0m3/h，乙炔压力为0.15MPa，以氮气作为送粉气体，其中氮气流量为0.4m3/h，氮气压力为0.1MPa，送粉量为25g/min，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
实施例3
一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂8wt％、铝3wt％以及镁5wt％的铸锭进行均匀化退火处理，退火温度350℃，退火时间20小时，达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成尺寸为160mm×120×10mm 的板坯，将所述板坯通过加热至300℃，保温0.5小时处理后，进行 9个道次热轧处理，最终热轧成板材I，道次热轧处理为将板坯置于 250℃温度下，保温1.5h；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II，去应力退火温度为300℃，退火0.6h；
步骤4：将所述板材II经过9道次冷轧处理，道次冷轧处理为采用道次压下量为道次板材II厚度的18％，最终得板材III为1mm以下的厚度；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，石墨烯金属陶瓷粉末为10wt％的Ni， 6wt％的Mo，4wt％的石墨烯，余量为TiC，调整喷枪出口与板材III 表面的垂直距离为350mm，调整氧气流量为2m3/h，氧气压力为0.1MPa，乙炔流量为2.0m3/h，乙炔压力为0.1MPa，以氮气作为送粉气体，其中氮气流量为0.4m3/h，氮气压力为0.1MPa，送粉量为25g/min，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
实施例4
一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂7wt％、铝4wt％以及镁4wt％的铸锭进行均匀化退火处理，退火温度300℃，退火时间24小时，达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成尺寸为160mm×120×10mm 的板坯，将所述板坯通过加热至300℃，保温0.5小时处理后，进行 9个道次热轧处理，最终热轧成板材I，道次热轧处理为将板坯置于 250℃温度下，保温1.5h；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II，去应力退火温度为300℃，退火0.6h；
步骤4：将所述板材II经过8道次冷轧处理，道次冷轧处理为采用道次压下量为道次板材II厚度的16％，最终得板材III为1mm以下的厚度；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，石墨烯金属陶瓷粉末为8wt％的Ni， 7wt％的Mo，5wt％的石墨烯，余量为TiC，调整喷枪出口与板材III 表面的垂直距离为500mm，调整氧气流量为1.0m3/h，氧气压力为0.2MPa，乙炔流量为1.0m3/h，乙炔压力为0.2MPa，以氮气作为送粉气体，其中氮气流量为0.6m3/h，氮气压力为0.1MPa，送粉量为30g/min，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗磨耐候合金板材的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将包含锂5wt％～10wt％、铝2wt％～5wt％以及镁3wt％～8wt％的铸锭进行均匀化退火处理；
步骤2：将所述铸锭经过线切割成板坯，将所述板坯通过加热处理后，进行多道次热轧处理，得板材I；
步骤3：将所述板材I进行去应力退火处理，得板材II；
步骤4：将所述板材II经过多道次冷轧处理，得板材III；
步骤5：将在可爆炸气体爆炸的作用下，采用喷枪将石墨烯金属陶瓷粉末喷涂于板材III表面，在板材III的表面形成石墨烯金属陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯金属陶瓷粉末为石墨烯粉末与NiMo-TiC金属陶瓷粉末均匀混合而成。
3.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯金属陶瓷粉末包括：8wt％～12wt％的Ni，3wt％～8wt％的Mo，3wt％～5wt％的石墨烯，余量为TiC。
4.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述喷枪出口与所述板材III表面的垂直距离为200～500mm。
5.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述可爆炸气体为乙炔和氧气的混合气体。
6.根据权利要求5所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述乙炔流量为0.5～2m3/h，乙炔压力为0.05～0.2MPa，所述氧气流量为0.5～2m3/h，氧气压力为0.05～0.5MPa。
7.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，将所述铸锭在250～400℃温度条件下，退火12～24小时后，淬入水中。
8.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述步骤4中的多道次冷轧处理为：采用道次压下量为所述板坯厚度为10％～20％，所述多道次热轧处理为：所述板坯置于300～400℃温度下，保温0.5～2h。
9.根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺，其特征在于，所述去应力退火为：在250～350℃温度下，退火0.5～1h。
10.一种根据权利要求1所述抗磨耐候合金板材的制备工艺制备的合金板材，包括合金基体，所述合金基体的表面喷涂有石墨烯金属陶瓷涂层。
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