CN109174966A - Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法 - Google Patents

Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：1）对铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料进行均匀化处理；2）在铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网上相对应的位置开槽；3）将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料去除表面的氧化层，并进行表面打毛处理，然后用超声波清洗机加无水乙醇清洗并吹干，防止复合材料界面结合处有杂质；4）将坯料按铝合金或纯铝坯料、横向铜网、镁合金坯料、横向铜网、铝合金或纯铝坯料的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网，形成组合坯料；5）冷轧；6）热轧；7）叠轧。本发明既可以提高镁铝复合板的界面结合强度，也能增加材料的抗冲击韧性，从而提高复合材料的综合力学性能。

Description

Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法
技术领域
本发明属于复合材料生产技术领域，具体是涉及一种 Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法。
背景技术
镁及镁合金具有密度小（约1.7g/cm3），是目前金属结构材料中最轻的材料，但是其耐蚀性差。铝合金以及纯铝的抗腐蚀性能好。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。Al/Mg/Al叠层复合材料兼具了两种合金的优异性能，既弥补了镁合金耐蚀性差的缺点又达到了铝合金或纯铝坯料轻量化的效果，具有广阔的应用前景。镁铝在420℃左右的复合轧制变形中，叠层复合板界面结合处会出现脆性的Mg17Al12相和Mg3Al2相组成的扩散层，降低复合材料的界面结合性能以及抗冲击性能等，因此形成牢固的结合界面是实现金属复合轧制的关键。近年来对金属叠层复合材料的研究，主要是集中在如何提高金属叠层复合材料界面的结合性能方面，如选择合适的表面预处理、轧制温度、压下率、轧制速度及轧制后热处理工艺等，有关在镁铝板材的界面结合处增加一种中间物质进行轧制制备复合材料，使其增强界面结合的能力，达到提高复合材料的综合力学性能的研究鲜有报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种既能够增强镁铝复合板材的界面结合强度，又能够提高板材的抗冲击性能的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，从而综合提高复合材料的力学性能。
本发明采用的技术方案是：
一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：
1）将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料放入热处理炉中进行均匀化处理；
2）在铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网上相对应的位置开槽；使得铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网堆叠后，铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网上的槽能够重合；
3）将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料去除表面的氧化层，并对铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料打毛；所用坯料用超声波清洗机加无水乙醇进行清洗，然后使用风扇或吹风机对洗过的板面进行干燥处理，防止界面结合处有杂质；
4）将坯料按铝合金或纯铝坯料、横向铜网、镁合金坯料、横向铜网、铝合金或纯铝坯料的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网，形成组合坯料；然后用锡箔纸将板块包严；
5）将步骤4得到的物料置于轧机冷轧，轧机轧辊的转速为10-40r/min，压下量为10％～15％；
6）冷轧后的复合板材重新用锡箔纸包严，在真空或具有还原性保护气体的条件下，加热至350℃～500℃，保温时间20～60min，使复合板材受热均匀，进行压下量为50％～65％的热轧变形，空冷至室温；
7）叠轧，叠轧具体操作如下：将步骤6）得到的复合板材去除表面的氧化层，并将复合板材表面打毛，再用无水乙醇进行冲洗吹干；将两块复合板材叠放在一起，并进行端部铆接固定；并用锡箔纸包严，在真空或具有还原性保护的条件下，加热温度至350℃～500℃，保温时间为20～60min，使复合板材受热均匀，进行压下量为45％～55％的轧制变形；将该步骤新得到的复合板材替代步骤6）得到的复合板材，多次重复复合板材的叠轧。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤1）中铝合金或纯铝坯料坯料均匀化处理的温度为465℃～485℃，时间12～24h，然后水冷至室温；镁合金坯料均匀化处理温度为350℃～450℃，时间为12～18h，然后水冷至室温。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤1）中铝合金坯料采用AA5052或AA6061系列铝合金板中的一种制成，纯铝坯料采用AA1060系列铝板中的一种制成；所述铝合金或纯铝坯料板的厚度为1～4mm；镁合金坯料采用AZ31、AZ61或AZ80系列镁合金板中的一种制成；所述镁合金板的厚度为1～4mm。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤2）中铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料或横向铜网所开的槽从铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料或横向铜网上表面贯通下表面，槽与水平方向呈一定角度。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，所述的横向铜网和纵向铜网选用紫铜网，丝直径为0.05～0.5mm，孔直径/边长为0.5～6mm，孔的结构形状为圆形或多边形；纵向铜网等间距设置，相邻的纵向铜网之间的距离为5～30mm。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤3）中将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料采用砂纸打磨去除表面的氧化层；使用钢丝刷子机进行铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料的表面进行打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑。
上述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤7）中将复合板材表面采用砂纸打磨去除氧化层；使用钢丝刷子机进行复合板的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料的界面结合处增加横向铜网堆叠在一起，并在堆叠坯料的纵向增加纵向铜网，形成组合坯料，轧制变形后使得复合板材界面处的铜网在铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料之间相互结合，互相交缠，交叉粘结在一起，极大增加了界面结合处的表面积，这种方式使复合板材达到了铝合金或纯铝轻量化效果，增强了镁合金的耐腐蚀能力，并且提高了镁铝复合板材的界面结合强度，叠轧使复合材料具有多层三维空间网状结构，增加了材料的抗冲击性能，使其达到吸能的效果，从而提高了复合材料的综合力学性能。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明叠轧前的复合板材的主视图。
图3是本发明叠轧前的复合板材的俯视图。
图4是轧制变形区与铝/铜/镁复合板材结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：
（1）选用纯铝坯料（采用AA1060系列铝板中的一种制成）1、镁合金坯料(采用AZ80系列镁合金板中的一种制成)2尺寸规格为60mm×20mm×2mm，横向铜网（紫铜网）3的尺寸规格为60mm×20mm，纵向铜网（紫铜网）4的尺寸规格为20mm×6.4mm，丝直径都为0.2mm，孔的结构形状正方形，孔边长为3mm。
（2）均匀化热处理：将纯铝坯料1放入热处理炉中，在475℃均匀化处理18h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温；将镁合金坯料2放入热处理炉中，在400℃均匀化处理15h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温。
（3）坯料处理：在纯铝坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3上相对应的位置开槽，槽间间距为15mm,槽与水平方向呈一定45°，所开槽在纯铝坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3平面上的尺寸规格为20mm×0.2mm，槽从上表面贯通到下表面，使得纯铝坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3堆叠后槽可以重合，方便纵向铜网4的放置。
（4）坯料表面处理：采用砂纸打磨的方法去除纯铝坯料1、镁合金坯料2表面的氧化皮，使用钢丝刷子机进行纯铝坯料1、镁合金坯料2的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；并用超声波清洗机加入无水乙醇进行清洗，用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质。
（5）复合材料的叠放：将坯料按纯铝坯料1、横向铜网3、镁合金坯料2、横向铜网3、纯铝坯料1的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网4；然后用锡箔纸将板块包严。
（6）冷轧：将步骤（5）得到的物料置于轧机冷轧，轧机轧辊的转速为25r/min，压下量为13％。
（7）热轧：将冷轧后的复合板重新用锡箔纸包严，减少在后续加热和轧制过程中的氧化，将叠放好的材料放入真空马弗炉中，加热升温到420℃，保温40min，取出材料进行压下量为60％的轧制处理。
（8）叠轧，叠轧具体操作如下：将步骤（7）得到的复合板材采用砂纸打磨去除表面的氧化层，用钢丝刷子机将复合板材表面打毛，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；用无水乙醇清洗干净并用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质，将两块复合板材叠放在一起，并进行端部铆接固定；然后用锡箔纸包严，放入真空马弗炉中，加热升温到420℃，保温40min，取出材料进行压下量为50％的叠轧；
将该步骤新得到的复合板材替代步骤（7）得到的复合板材，重复2次复合板材的叠轧。
实施例2
一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：
（1）选用铝合金坯料(采用AA6061系列铝合金板中的一种制成) 1、镁合金坯料(采用AZ61系列镁合金板中的一种制成) 2的尺寸为60mm×20mm×1mm，横向铜网3（紫铜网）的尺寸规格为60mm×20mm，纵向铜网4（紫铜网）的尺寸规格为50mm×3.1mm，丝直径都为0.05mm，孔的结构形状正五边形，孔边长为0.5mm。
（2）均匀化热处理：将铝合金坯料1放入热处理炉中，在465℃均匀化处理24h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温；将镁合金坯料2放入热处理炉中，在350℃均匀化处理18h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温。
（3）坯料处理：在铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3上相对应的位置开槽，所开的槽在铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3平面上的规格尺寸为50mm×0.05mm，槽与水平方向呈0°，槽间间距为5mm，槽从上表面贯通到下表面，使得铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网堆叠后槽可以重合，方便纵向铜网的放置。
（4）坯料表面处理：采用砂纸打磨的方法去除铝合金坯料1、镁合金坯料2表面的氧化皮，使用钢丝刷子机进行铝合金坯料1、镁合金坯料2的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；用超声波清洗机加无水乙醇进行清洗，用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质。
（5）复合材料的叠放：将坯料按铝合金坯料1、横向铜网3、镁合金坯料2、横向铜网3、铝合金坯料1的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网4；然后用锡箔纸将板块包严。
（6）冷轧：将步骤（5）得到的物料置于轧机冷轧，轧机轧辊的转速为10r/min，压下量为10％。
（7）热轧：将冷轧后的复合板重新用锡箔纸包严，减少在后续加热和轧制过程中的氧化，将叠放好的材料放入真空马弗炉中，加热升温到350℃，保温20min，取出材料进行压下量为50％的轧制处理。
（8）叠轧，叠轧具体操作如下：将步骤（7）得到的复合板材采用砂纸打磨去除表面的氧化层，用钢丝刷子机将复合板材表面打毛，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；用无水乙醇冲洗干净并用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质；将两块复合板材叠放在一起，并进行端部铆接固定；然后用锡箔纸包严，放入真空马弗炉中，加热升温到350℃，保温20min，取出材料进行压下量为45％的叠轧；
将该步骤新得到的复合板材替代步骤（7）得到的复合板材，重复2次复合板材的叠轧。
实施例3
一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：
（1）选用铝合金坯料（采用AA5052系列铝合金板中的一种制成）1、镁合金坯料（采用AZ31系列镁合金板中的一种制成）2的尺寸为60mm×20mm×4mm，横向铜网（紫铜网）3的尺寸规格为60mm×20mm，纵向铜网（紫铜网）4的尺寸规格为15mm×13mm，丝直径都为0.5mm，孔的结构形状圆形，孔圆直径为6mm。
（2）均匀化热处理：将铝合金坯料1放入热处理炉中，在485℃均匀化处理12h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温；将镁合金坯料2放入热处理炉中，在450℃均匀化处理12h，然后将其取出放入25℃的纯净水中进行水冷至室温。
（3）坯料处理：在铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3上相对应的位置开槽，所开槽在铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3上平面的尺寸规格为15mm×0.5mm，槽与水平方向呈90°，槽间间距为30mm，槽从上表面贯通到下表面，使得铝合金坯料1、镁合金坯料2和横向铜网3堆叠后槽可以重合，方便纵向铜网4的放置。
（4）坯料表面处理：采用砂纸打磨的方法去除铝合金坯料1、镁合金坯料2表面的氧化皮，使用钢丝刷子机进行铝合金坯料1、镁合金坯料2的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；并用超声波清洗机加入无水乙醇进行清洗，用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质。
（5）将坯料按铝合金坯料1、横向铜网3、镁合金坯料2、横向铜网3、铝合金坯料1的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网4；然后用锡箔纸将板块包严。
（6）冷轧：将步骤（5）得到的物料置于轧机冷轧，轧机轧辊的转速为40r/min，压下量为15％。
（7）热轧：将冷轧后的复合板重新用锡箔纸包严，减少在后续加热和轧制过程中的氧化，将叠放好的材料放入真空马弗炉中，加热升温到500℃，保温60min，取出材料进行压下量为65％的轧制处理。
（8）叠轧，叠轧具体操作如下：将步骤（7）得到的复合板材采用砂纸打磨去除表面的氧化层，用钢丝刷子机将复合板材表面打毛，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑；用无水乙醇冲洗干净并用吹风机吹干，防止界面结合处有杂质，将两块复合板材叠放在一起，并进行端部铆接固定；然后用锡箔纸包严，放入真空马弗炉中，加热升温到500℃，保温60min，取出材料进行压下量为55％的叠轧；
将该步骤新得到的复合板材替代步骤（7）得到的复合板材，重复2次复合板材的叠轧。

Claims (7)

1.一种Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，包括如下步骤：
1）将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料放入热处理炉中进行均匀化处理；
2）在铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网上相对应的位置开槽；使得铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网堆叠后，铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料和横向铜网上的槽能够重合；
3）将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料去除表面的氧化层，并对铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料表面打毛；所用坯料用超声波清洗机加无水乙醇清洗，然后使用风扇或吹风机对洗过的坯料进行干燥处理，防止界面结合处有杂质；
4）将坯料按铝合金或纯铝坯料、横向铜网、镁合金坯料、横向铜网、铝合金或纯铝坯料的顺序堆叠在一起，并在堆叠在一起的坯料槽中插入纵向铜网，形成组合坯料；然后用锡箔纸将复合坯料包严；
5）将步骤4得到的物料置于轧机冷轧，轧机轧辊的转速为10-40r/min，压下量为10％～15％；
6）冷轧后的复合板材重新用锡箔纸包严，在真空或具有还原性保护气体的条件下，加热至350℃～500℃，保温时间为20～60min，使复合板材受热均匀，进行压下量为50％～65％的热轧变形，空冷至室温；
7）叠轧，叠轧具体操作如下：将步骤6）得到的复合板材去除表面的氧化层，并将复合板材表面打毛，再用无水乙醇冲洗并吹干；将两块复合板材叠放在一起，并进行端部铆接固定；用锡箔纸包严，在真空或具有还原性保护的条件下，加热温度至350℃～500℃，保温时间为20～60min，使复合板材受热均匀，进行压下量为45％～55％的轧制变形；
将该步骤新得到的复合板材替代步骤6）得到的复合板材，多次重复复合板材的叠轧。
2.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，步骤1）中铝合金或纯铝坯料坯料均匀化处理的温度为465℃～485℃，保温时间为12～24h，然后水冷至室温；镁合金坯料均匀化处理温度为350℃～450℃，保温时间为12～18h，然后水冷至室温。
3.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，步骤1）中铝合金坯料采用AA5052或AA6061系列铝合金板中的一种制成，纯铝坯料采用AA1060系列铝板中的一种制成；所述铝合金或纯铝坯料板的厚度为1～4mm；镁合金坯料采用AZ31、AZ61或AZ80系列镁合金板中的一种制成；所述镁合金板的厚度为1～4mm。
4.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法中，步骤2）中铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料或横向铜网所开的槽从铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料或横向铜网上表面贯通下表面，槽与水平方向呈一定角度。
5.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，所述的横向铜网和纵向铜网选用紫铜网，丝直径为0.05～0.5mm，孔直径/边长为0.5～6mm，孔的结构形状为圆形或多边形；纵向铜网等间距设置，相邻的纵向铜网之间的距离为5～30mm。
6.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，步骤3）中将铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料采用砂纸打磨去除坯料表面的氧化层；使用钢丝刷子机对铝合金或纯铝坯料、镁合金坯料的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑。
7.根据权利要求1所述的Al/Cu/Mg复合板材轧制制备方法，步骤7）中将复合板材采用砂纸打磨去除表面的氧化层；使用钢丝刷子机进行复合板的表面打毛处理，使其表面具有均匀分布的针尖状小坑。
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