CN107855360B - 一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法 - Google Patents

一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，属于镁合金加工技术领域。本发明通过轧制工艺与热处理工艺相结合，在镁板两侧包覆锌层，从而制备出综合性能优良的耐蚀镁/锌复合板材。包括板材处理、表面处理、板材固定、轧前预热、轧制复合、退火处理六个步骤。其中轧前预热温度为150‑400℃，预热时间为10‑60min。轧制过程速度为0.2‑1m/s，轧制压下量为所述复合坯料的10‑60％。退火处理温度为100‑400℃，退火时间为0.5‑12h。本发明通过简便易行的轧制与热处理工艺，成功地制备了镁/锌复合板材，复合材料具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，同时加工成本低廉，节约能源，可应用于航空航天、汽车、3C产品、医疗器械等领域。

Description

一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料的加工，具体涉及一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，属于镁合金加工技术领域。
背景技术
镁合金作为现在最轻的商用金属结构材料之一，具有低密度、高比强度、高比刚度，良好的电磁屏蔽能力、机加工性能和易于再生利用等一系列的优点，在航空航天、海洋、汽车、电子、医疗器械等领域受到广泛应用。但是，镁合金的耐蚀性差。这极大地限制了其在某些领域的应用范围。因此，研究新型的制备方法，开发出耐蚀性较好的镁合金，具有至关重要的作用。
对镁合金进行防护处理是改善其耐蚀性能的有效途径，目前研究较多且防护效果较好的有电镀、阳极氧化、表面陶瓷化改性、涂覆等方法。其中电化学镀生产成本低，操作简易，但对环境的危害较大，废弃物处理成本高，而且电化学涂层与基体的结合力差，容易剥落:表面陶瓷化相对电镀陶瓷层与基体结合力强，但防护效果差；通过在陶瓷层喷涂防护层的方法可大大提高防护效果，但其耐磨性较差，容易脱落，且此类方法制备的材料其表面覆层厚度均较低，在较为严苛的条件下容易失效。
此外，在镁合金的表面覆盖一层耐蚀性的金属也是常见的处理手段。覆盖方法主要有爆炸复合、轧制复合、扩散连接、搅拌摩擦焊等。其中，轧制复合法，由于其低成本，加工工艺简单等特点，是最容易实现工业化的方法。巫瑞智等人采用复合轧制工艺制备了Al/Mg/Al复合板材，具有良好的结合性能[巫瑞智,杨金亮,王天资,等.通过轧制制备Al/Mg/Al合金复合板的加工方法:,CN104907334A[P].2015]。JS Kim等人制备了AZ31和纯铝的复合板材，并对其性能进行了研究[Kim J S,Park J,Lee K S,et al.Correlation betweenbonding strength and mechanical properties in Mg/Al two-ply clad sheet[J].Metals&Materials International,2016,22(5):771-780]。然而，对于镁合金而言，将锌作为覆层材料与镁进行轧制复合却未见报道，本专利发明了一种新型的耐蚀镁/锌复合板材及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，不仅保证复合材料具有良好的结合界面，又保证其具有优良的力学和腐蚀等综合性能。
一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于通过轧制工艺与热处理工艺相结合，在镁板两侧包覆锌层，从而制备出耐蚀镁/锌复合板材；
具体包括以下步骤：
(1)板材处理：将锌板和镁板经机加工得到所需尺寸的试样，并分别放入中温炉中进行退火处理，取出后空冷；
(2)表面处理：对所述锌板的至少一面、镁板的两面进行打磨处理，除净氧化层，并进行化学清洗；
(3)板材固定：将所述锌板放置于镁板两侧，并固定在一起，形成复合坯料；
(4)轧前预热：将所述复合坯料放入中温炉中进行预热；
(5)轧制复合：将经过预热复合坯料轧制成热轧板；
(6)退火处理：将所述热轧板材进行退火处理，得到镁/锌复合板材。
进一步地，所述的镁板为纯镁系列，Mg-Ca、Mg-Zn、Mg-Sr、Mg-Si、Mg-Li、Mg-Mn、Mg-RE二元合金系，Mg-Zn-Ca、Mg-Zn-Ca-X(X＝Mn、Sn、Sr、RE)三元及多元合金系，AZ(Mg-Al-Zn-Mn)系列，AM(Mg-Al-Mn)系列，AS(Mg-Al-Si)系列，AE(Mg-Al-RE)系列，Mg-Y-Zn、Mg-Gd-Y-Zn、Mg-Gd-Y-Zr合金系等；所述锌板为纯锌系列、Zn-Mg、Zn-Ca、Zn-Sr、Zn-Mn二元合金系、Zn-Mg-Ca、Zn-Mg-Sr、Zn-Mg-Y、Zn-Ca-Sr、Zn-Mg-Ca-X(X＝Mn、Sn、Sr、RE)三元及多元合金系等。
进一步地，步骤(1)所述的镁板及锌板的厚度，根据复合材料材料本身的腐蚀速率及实际需求来确定。
进一步地，步骤(1)所述的锌板退火温度为100-350℃，退火时间为0.5-12h，镁板退火温度为200-500℃，退火时间为0.5-24h。
进一步地，步骤(2)所述的打磨为手工打磨或机械打磨，打磨方向同轧制方向一致，粗糙度为60#砂纸打磨后所得的粗糙度；使用无水乙醇对打磨后的板材进行清洗，并用冷风吹干。
进一步地，步骤(4)所述的轧前预热温度为150-400℃，预热时间为10-60min。
进一步地，步骤(5)所述的轧制过程，轧制速度为0.2-1m/s，轧制压下量为所述复合坯料的10-60％。
进一步地，步骤(6)所述的复合板材退火温度为100-400℃，退火时间为0.5-12h，取出后空冷。
本发明通过简便易行的轧制与热处理工艺，成功地制备了镁/锌复合板材，复合材料具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，同时加工成本低廉，节约能源，可应用于航空航天、汽车、3C产品、医疗器械等领域。
附图说明
图1是实施例1中AZ31/纯锌复合板材界面的微观组织形貌；
图2是实施例1中AZ31/纯锌复合板材与AZ31、纯锌的拉伸应变曲线；
图3是实施例1中AZ31/纯锌复合板材与AZ31、纯锌的腐蚀极化曲线；
图4是实施例2中MgZnCa/纯锌复合板材界面的微观组织形貌；
图5是实施例2中MgZnCa/纯锌复合板材与MgZnCa、纯锌的拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
以下实施例将对本发明进行进一步说明。
实施例1：AZ31/纯锌复合板材
(1)将0.5mm厚的纯锌板和1mm厚的AZ31板经机加工成60mm×150mm的长方形试样，并分别放入中温炉中进行退火处理，纯锌板退火温度为150℃，时间为30min，AZ31板退火温度为300℃，时间为60min，板材取出后空冷。
(2)将纯锌板的一面、AZ31板的两面进行打磨，所用砂纸为60#砂纸，打磨方向始终沿长度方向，除净表面氧化层，并使用无水乙醇进行化学清洗，冷风吹干。
(3)将纯锌板放置于AZ31板两侧，并用铁丝固定在一起，制成复合坯料。
(4)将复合坯料放入中温炉中进行预热，预热温度为330℃，时间为15min。
(5)将经过预热复合坯料轧制成热轧板，轧制速度为0.2m/s，压下量为20％。
(6)将得到的热轧板材进行退火处理，退火温度为200℃，时间为1h，空冷。
得到的AZ31/纯锌复合板材界面的微观组织形貌如图1所示，可以看出整个界面反应层均匀，裂纹等缺陷较少。对AZ31/纯锌复合板材进行拉伸强度测试，其抗拉强度为193.7MPa。图2为得到的AZ31/纯锌复合板材拉伸应力应变曲线，其性能介于相同状态下的AZ31与纯锌之间，远优于纯锌。图3是AZ31/纯锌复合板材与AZ31、纯锌在3.5％NaCl溶液中的极化曲线。可以看到，和AZ31相比，镁/锌复合板材与纯锌相当，明显抗腐蚀性能更强。
实施例2：MgZnCa/纯锌复合板材
(1)将0.5mm厚的纯锌板和1mm厚的MgZnCa(Zn＝2wt.％,Ca＝0.2wt.％)板经机加工成60mm×80mm的长方形试样，并分别放入中温炉中进行退火处理，Zn板退火温度为150℃，时间为30min，MgZnCa板退火温度为350℃，时间为4h，板材取出后空冷。
(2)将纯锌板的一面、MgZnCa板的两面进行打磨，所用砂纸为60#砂纸，打磨方向始终沿长度方向，除净表面氧化层，并使用无水乙醇进行化学清洗，冷风吹干。
(3)将纯锌板放置于MgZnCa板两侧，并用铁丝固定在一起，制成复合坯料。
(4)将复合坯料放入中温炉中进行预热，预热温度为350℃，时间为15min。
(5)将经过预热复合坯料轧制成热轧板，轧制速度为0.2m/s，压下量为20％。
(6)将得到的热轧板材进行退火处理，退火温度为200℃，时间为1h，空冷。
得到的MgZnCa/纯锌复合板材界面的微观组织形貌如图4所示，可以看出整个界面反应层均匀，裂纹等缺陷较少。对MgZnCa/纯锌复合板材进行拉伸强度测试，其抗拉强度为167.1MPa，图5为得到的纯MgZnCa/纯锌复合板材拉伸应力应变曲线，其性能介于相同状态下的MgZnCa与纯锌之间。在3.5％NaCl溶液中腐蚀性能测试表明，与MgZnCa相比，MgZnCa/纯锌复合板材与纯锌相当，明显抗腐蚀性能更强。
本发明所述实施例仅为清楚说明本发明所用的举例，而非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可以在上述说明的基础上做出其他不同形式的改变，相关改变均在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于通过轧制与热处理工艺相结合，在镁板两侧包覆锌层，从而制备出耐蚀镁/锌复合板材；
具体包括以下步骤：
(1)板材处理：将锌板和镁板经机加工得到所需尺寸的试样，并分别放入中温炉中进行退火处理，取出后空冷；
(2)表面处理：对所述锌板的至少一面、镁板的两面进行打磨处理，除净氧化层，并进行化学清洗；
(3)板材固定：将所述锌板放置于镁板两侧，并固定在一起，形成复合坯料；
(4)轧前预热：将所述复合坯料放入中温炉中进行预热；
(5)轧制复合：将经过预热复合坯料轧制成热轧板；
(6)退火处理：将所述热轧板进行退火处理，得到镁/锌复合板材；
所述的镁板为纯镁系列、Mg-Ca、Mg-Zn、Mg-Sr、Mg-Si、Mg-Li、Mg-Mn、Mg-RE二元合金系，Mg-Zn-Ca、Mg-Zn-Ca-X三元及多元合金系，AZ系列，AM系列，AS系列，AE系列，Mg-Y-Zn、Mg-Gd-Y-Zn、Mg-Gd-Y-Zr合金系，其中X为Mn、Sn、Sr、RE元素中的一种或多种组合；所述锌板为纯锌系列、Zn-Mg、Zn-Ca、Zn-Sr、Zn-Mn二元合金系、Zn-Mg-Ca、Zn-Mg-Sr、Zn-Mg-Y、Zn-Ca-Sr、Zn-Mg-Ca-X三元及多元合金系，其中X为Mn、Sn、Sr、RE元素中的一种或多种组合。
2.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的镁板及锌板的厚度，根据复合材料材料本身的腐蚀速率及实际需求来确定。
3.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的锌板退火温度为100-350℃，退火时间为0.5-12h，镁板退火温度为200-500℃，退火时间为0.5-24h。
4.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的打磨为手工打磨或机械打磨，打磨方向同轧制方向一致，粗糙度为60#砂纸打磨后所得的粗糙度；使用无水乙醇对打磨后的板材进行清洗，并用冷风吹干。
5.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的轧前预热温度为150-400℃，预热时间为10-60min。
6.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的轧制复合，轧制速度为0.2-1m/s，轧制压下量为所述复合坯料的10-60％。
7.如权利要求1所述的一种耐蚀镁/锌复合板材的制备方法，其特征在于：步骤(6)所述的复合板材退火温度为100-400℃，退火时间为0.5-12h，取出后空冷。
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