CN109457263B - 一种制备镁合金-不锈钢复合板的方法 - Google Patents

一种制备镁合金-不锈钢复合板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种制备镁合金‑不锈钢复合板的方法，属于金属复合板加工领域，针对现有成形方法很难形成具有较好界面连接的镁合金‑不锈钢复合板，制约其在工业领域应用的问题，本发明采用了包裹密封的结构可有效解决镁合金加热过程中易氧化的问题，故加热过程中不需额外施加惰性气体进行保护；待结合面的镀银层作为过渡元素可改善镁合金在不锈钢表面的润湿性，促进结合面的冶金结合；加热炉的温度超过镁合金的熔点，并保温后出炉快速冷却使镁合金熔体与不锈钢表面有充分的接触时间，有利于界面元素的扩散；此外，包裹密封结构还可以制约镁合金熔体受热膨胀，故该方法不需额外施加压力，在结合界面就会产生较大的应力，促进结合界面的扩散连接。

Description

一种制备镁合金-不锈钢复合板的方法
技术领域
本发明属于金属复合板加工领域，具体涉及一种制备镁合金-不锈钢复合板的方法。
背景技术
当今世界，科学技术的高速发展和新产业、新技术的不断涌现，制造业不断向产品轻量化、高性能化发展。镁合金作为当今世界上可在工程中应用最轻的金属材料，具有比强度、比刚度高的特点，同时它的导热、导电以及电磁屏蔽性能优越，抗震减噪性方面也具有很大的优势，在汽车、通讯电子等领域有着广阔的应用前景。镁自身的密排六方结构导致其在室温下的滑移系较少，塑性成形性较差。这也直接限制其在结构性应用，特别是对形变能力有一定要求的场合使用。此外，结构材料日益复杂的工作条件，对材料的性能，尤其对金属材料在强度、韧性等方面也提出了更高的要求。在许多场合下，采用单一的金属材料难以满足工程结构对其使用性能和成本的双重需求。于是通过特殊工艺制备而成的复合材料便应运而生，层状复合将是改变镁合金结构性能特别是成形性的有效途径。不锈钢能够抵抗酸、碱、盐及其溶液与其它一些腐蚀介质腐蚀的一种高合金钢，是工业生产中应用最广泛的金属之一，不锈钢除优秀的耐蚀性外，还具有优良的机械强度，镁合金与不锈钢的复合可以实现二者优势互补，进一步扩展复合板应用领域。
目前复合板常用成形方法为爆炸复合法、铸造复合法和轧制复合法。其中爆炸复合法中能量消耗较大，废品率较高、机械化程度低、而且工人劳动条件差、有一定的危险性，此外由于烟尘、振动和噪声的存在对环境也会造成很大的影响；复合铸造过程，为了解决氧化问题，需在保护气体下进行复合，而且浇注过程中两种金属接触时间较短，降温速度较快，这是影响着双金属的接触面结合的重要因素，同时这也是制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈；轧制复合法应用较多，但镁合金在不锈钢表面润湿性较差，需要采取必要措施改善其润湿性，以提高结合强度。此外，镁合金室温下成形性较差，故常采用热轧方法制造，但镁表面形成的氧化膜呈疏松状态，不能有效阻止镁内部继续发生的氧化腐蚀过程，影响结合界面的质量，如采用真空设备中加热或惰性气体保护的方法将增加成本和工艺的复杂性。综上所述一种具有结合强度高的镁合金-不锈钢复合板的制备方法是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有成形方法很难形成具有较好界面连接的镁合金-不锈钢复合板，制约其在工业领域应用的问题，提出一种镁合金-不锈钢复合板的制备方法，可实现镁合金-不锈钢界面的高强连接。
为了实现上述目的，本发明提出镁合金-不锈钢复合板的制备方法技术方案，具体步骤如下所示：
步骤(1)：首先需对镁合金板3、不锈钢上板2、不锈钢下板5和不锈钢密封框4表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物，使结合面保持清洁有利于异种金属间的结合。
步骤(2)：利用电镀的方法在不锈钢板上板2和不锈钢下板5的待结合面镀银，镀层7厚度为1～1.5μm。
步骤(3)：板件组装：板件包括：镁合金板3、不锈钢上板2、不锈钢下板5和不锈钢密封框4，不锈钢下板5带镀层面朝上置于最下方，镁合金板3置于不锈钢下板5的上方，不锈钢上板2带镀层面朝下置于镁合金板3的上方，不锈钢密封框4装在板件外侧，不锈钢密封框4的高度与叠合板总厚度一致。
步骤(4)：组装板件四周焊接密封。钨极氩弧焊对不锈钢下板5和不锈钢密封框4的四周外侧接缝，以及不锈钢上板2和不锈钢密封框4的四周外侧接缝分别进行连续焊接。其中钨极直径为1.6mm，焊接电流40-90A，氩气流量6-10L/min，氩气纯度99.6以上。
步骤(5)：组装板件压紧。将焊接密封后的组装板件置于上压紧钢板1和下压紧钢板6之间，上压紧钢板1和下压紧钢板6用螺栓8和螺母9紧固连接。
步骤(6)：将带上、下压紧钢板1和6的组装板件置于加热炉中进行结合面的预成形。将加热炉温度升高到800～930℃，并保温20～40min。之后将带压紧钢板的组装板件从加热炉中取出，冷却至室温，并拆下上压紧钢板1和下压紧钢板6。
步骤(7)：将组合板件再置于加热炉中，加热到350～450℃，保温10～20min。同时将轧辊预热到90～110℃。将组合板件从加热炉中取出，送入轧机进行轧制，经过3个道次的轧制后得到镁合金-不锈钢复合板。其中轧制速度为4～6m/min，单道次变形量为10％～20％。轧制完成后，经过退火和切边得到镁合金-不锈钢复合板。
上述制备镁合金-不锈钢复合板的方法中：
进一步，在步骤(1)所述表面预处理过程为，首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，然后用清水冲洗；用浓度为18～23wt％的NaOH水溶液清洗2～6分钟，用8～12wt％HNO3溶液清洗5～8分钟，然后再用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
本发明的有益效果：
(1)本发明公开了一种镁合金-不锈钢复合板的制备方法。其中镁合金板3被不锈钢上板2、不锈钢下板5和不锈钢密封框4包裹密封，可有效解决镁合金加热过程中易氧化的问题，故不需额外施加惰性气体进行保护或在真空条件下加热。
(2)不锈钢上板2和不锈钢下板5的待结合面的镀银层作为过渡元素可改善镁合金在不锈钢表面的润湿性，促进结合面的冶金结合。
(3)在结合面预成形阶段，加热炉的温度超过镁合金的熔点，并保温一段时间，随后出炉快速冷却。镁合金熔体与不锈钢表面有充分的接触时间，有利于界面元素的扩散；此外，由于镁合金具有较高的热膨胀系数，预成形阶段，外层不锈钢密封框4、不锈钢上、下板2和5以及上、下压紧钢板1和6制约镁合金熔体受热膨胀，故该方法不需额外施加压力，在结合界面就会产生较大的应力，对结合界面的扩散连接有极大的促进作用。轧制并切边后得到镁合金-不锈钢复合板结合界面质量好，具有较高抗拉强度，同时具有较好的抗腐蚀性能。
附图说明
图1为压紧钢板夹紧的镁合金-不锈钢组合板件的组装图；
图2为图1沿A-A截面的剖视图；
附图说明：1为上压紧钢板；2为不锈钢上板；3为镁合金板；4为不锈钢密封框；5为不锈钢下板；6为下压紧钢板；7为镀层；8为螺栓；9为螺母。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图具体说明镁合金-不锈钢复合板制备的实施方式。其中镁合金板3厚度为2mm，不锈钢上板2和不锈钢下板5厚度为0.5mm。所选镁合金板牌号为AZ31，不锈钢板牌号为06Cr19Ni10。
步骤(1)：首先需对镁合金板3、不锈钢上板2、不锈钢下板5和不锈钢密封框4表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物。详细过程如下：首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，并用清水冲洗；用浓度为20wt％的NaOH水溶液清洗3分钟，用10wt％HNO3溶液清洗6分钟，并用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
步骤(2)：利用电镀的方法在不锈钢板上板2和不锈钢下板5的待结合面镀银，镀层7厚度为1.2μm。
步骤(3)：将不锈钢下板5的带镀层面朝上置于最下方，镁合金板3置于不锈钢下板5的上方，不锈钢上板2带镀层面朝下置于镁合金板3的上方，不锈钢密封框4装在叠合板外侧，不锈钢密封框4的高度与叠合板总厚度一致。
步骤(4)：使用钨极氩弧焊对不锈钢下板5和不锈钢密封框4的四周外侧接缝，以及不锈钢上板2和不锈钢密封框4的四周外侧接缝分别进行连续焊接。其中钨极直径为1.6mm，焊接电流65A，氩气流量8L/min，氩气纯度为99.7。
步骤(5)：将焊接密封后的组装板件置于上压紧钢板1和下压紧钢板6之间，上压紧钢板1和下压紧钢板6用螺栓8和螺母9紧固连接。
步骤(6)：将带上压紧钢板1和下压紧钢板6的组装板件置于加热炉中进行结合面的预成形。将加热炉温度升高到850℃，并保温35min。之后将带压紧钢板的组装板件从加热炉中取出，冷却至室温，并拆除上压紧钢板1和下压紧钢板6。
步骤(7)：将组合板件再置于加热炉中，加热到400℃，保温15min。同时将轧辊预热到100℃。将组合板件从加热炉中取出，送入轧机进行轧制，经过3个道次的轧制。其中轧制速度为5m/min，单道次变形量为15％。轧制完成后，经过退火和切边后得到镁合金-不锈钢复合板。经过测试其抗拉强度为405MPa，具有良好的结合强度，界面结合良好。

Claims (3)

1.一种制备镁合金-不锈钢复合板的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
步骤（1）：首先需对镁合金板（3）、不锈钢上板（2）、不锈钢下板（5）和不锈钢密封框（4）表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物，使结合面保持清洁有利于异种金属间的结合；
步骤（2）：利用电镀的方法在不锈钢上板（2）和不锈钢下板（5）的待结合面镀银，镀层（7）厚度为1~1.5μm；
步骤（3）：板件组装：板件包括：镁合金板（3）、不锈钢上板（2）、不锈钢下板（5）和不锈钢密封框（4），不锈钢下板（5）带镀层面朝上置于最下方，镁合金板（3）置于不锈钢下板（5）的上方，不锈钢上板（2）带镀层面朝下置于镁合金板（3）的上方，不锈钢密封框（4）装在板件外侧，不锈钢密封框（4）的高度与叠合板总厚度一致；
步骤（4）：组装板件四周焊接密封；钨极氩弧焊对不锈钢下板（5）和不锈钢密封框（4）的四周外侧接缝，以及不锈钢上板（2）和不锈钢密封框（4）的四周外侧接缝分别进行连续焊接；其中钨极直径为1.6mm，焊接电流40-90A，氩气流量6-10L/min，氩气纯度99.6%以上；
步骤（5）：组装板件压紧；将焊接密封后的组装板件置于上压紧钢板（1）和下压紧钢板（6）之间，上压紧钢板（1）和下压紧钢板（6）用螺栓（8）和螺母（9）紧固连接；
步骤（6）：将带上压紧钢板（1）和下压紧钢板（6）的组装板件置于加热炉中进行结合面的预成形；将加热炉温度升高到800~930℃，并保温20~40min；之后将带压紧钢板的组装板件从加热炉中取出，冷却至室温，并拆下上压紧钢板（1）和下压紧钢板（6）；
步骤（7）：将组合板件再置于加热炉中，加热到350~450℃，保温10~20min；同时将轧辊预热到90~110℃；将组合板件从加热炉中取出，送入轧机进行轧制，经过3个道次的轧制，轧制速度为4~6m/min，单道次变形量为10%~20%；轧制完成后，经过退火和切边得到镁合金-不锈钢复合板。
2.根据权利要求1所述的制备镁合金-不锈钢复合板的方法，其特征在于，
在步骤（1）所述表面预处理过程为，首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，然后用清水冲洗；用浓度为18~23wt%的NaOH水溶液清洗2~6分钟，用8~12wt%HNO3溶液清洗5~8分钟，然后再用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
3.一种利用权利要求1或2所述方法制备得到的镁合金-不锈钢复合板。
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