CN109514272A - 一种电加热辅助叠轧焊方法 - Google Patents

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唐靖钊
颜家维
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Abstract

本发明公开了一种电加热辅助叠轧焊方法，涉及多层金属复合板材制备领域。所述方法包括裁剪金属板材、清洗和打磨金属板材、叠合和固定金属板材、通电轧制等步骤。本发明提供的电加热辅助叠轧焊方法，具有升温迅速、结合牢固、加工时间短、参数可控、工艺简单的优点，还能有效抑制表面氧化物和金属间化合物的生成，有利于实现工业化、大规模、连续生产大尺寸多层复合金属板材。

Description

一种电加热辅助叠轧焊方法
技术领域
本发明涉及多层金属复合板材制备领域，尤其涉及一种电加热辅助叠轧焊方法。
背景技术
剧烈塑性变形(SPD)技术由于能够制备具有超细晶尺寸、独特微观组织和优异力学性能的块体材料，而受到国内外科研工作者的广泛关注。目前，典型的剧烈塑性变形技术包括：高压扭转(HPT)、等通道转角挤压(ECAP)和累积叠轧(ARB)等。其中，累积叠轧技术被广泛用以制备大块超细晶结构金属板材；利用累积叠轧焊技术可使两种或两种以上不同金属在界面上实现牢固结合，从而制备出新型层状金属复合板材，并由于在加工过程中，通过金属板材表面进行处理、叠合、轧制与剪裁，可以在保持材料横截面基本不变的情况下，达到理论上无限次重复的大变形量，从而使得材料组织细化、杂质分布均匀、材料性能提高。累积叠轧焊技术成本低，技术简单，可以进行大规模工业化连续生产。对于塑性较差的难变形金属板材，还需要采取温轧或热轧与累积叠轧焊相结合，利用温升带来的塑性提高而进行加工制备。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种电加热辅助叠轧焊方法。该方法具有金属板材升温迅速、结合牢固、加工时间短、工艺简单、参数可控的优点，还能有效抑制表面氧化物和金属间化合物的生成，有望用于生产大尺寸多层复合金属板材并实现工业化连续生产。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的是怎样提供一种能适应大规模生产，结合牢固、加工时间短、工艺简单、参数可控的累积叠轧加工方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种电加热辅助叠轧焊方法，包括以下步骤：
步骤1：将金属板材A和金属板材B裁剪为矩形板块；
步骤2：使用试剂a对所述金属板材A和所述金属板材B的结合面进行初步清洗，打磨去除所述结合面的表面氧化层，使用试剂b再次清洗所述结合面；
步骤3：将所述金属板材A和所述金属板材B按照轧制方向进行叠合对齐并固定，得到待加工金属板材；
步骤4：将所述待加工金属板材放置于可通电轧制的轧机中，同时启动电源与所述轧机，以进行电加热辅助下的大变形量累积叠轧焊；
步骤5：将轧制所得金属复合板材裁剪为所需尺寸，重复步骤1～4，所述重复的次数为至少1次。
进一步地，所述步骤2中的所述试剂a为酒精，所述试剂b为丙酮或具有同等挥发性的有机溶剂。
进一步地，所述步骤2中使用装配钢丝刷头的角磨机打磨所述结合面。
进一步地，所述步骤3具体包括：
步骤3.1：将所述金属板材A和所述金属板材B叠合对齐；
步骤3.2：使用钻头在所述金属板材A和所述金属板材B四个角的同一位置进行打孔；
步骤3.3：使用铁丝对四个角的所述孔进行绑定。
进一步地，所述步骤4中所述电源为直流电源或脉冲电源。
进一步地，所述轧机与所述电源的电接触点为上下轧辊，所述轧辊与所述轧机的其他部位绝缘。
进一步地，所述电源的第一电接触点位于轧辊进口端，第二电接触点位于轧辊出口端，所述第一电接触点和所述第二电接触点与所述待加工金属板材连接，电流方向与轧制方向平行。
进一步地，所述电源的第一电接触点与轧辊相连，第二电接触点位于轧辊进口端且与所述待加工金属板材连接。
进一步地，所述金属板材A和所述金属板材B由一种或以上晶体结构为面心立方或体心立方或密排六方的金属构成。
进一步地，所述金属板材A和所述金属板材B大于一层且以交替顺序叠加。
优选的，所述金属板材A选自Mg、Al、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Sn纯金属或合金中一种或多种，所述金属板材B选自Mg、Al、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Sn、Nb、Mo、Ag纯金属或合金中的一种或多种。
相比于现有技术，本发明所述的一种电加热辅助叠轧焊方法具有以下优点：
1、金属板材样品升温迅速。相对于炉加热板材或电磁加热轧辊等的方式，直接采取电流加热待轧金属板材的方式，电流温升效应明显而迅速，温度在极短时间内快速升至特定温度，可以缩短生产时间，提升生产效率。
2、金属接触界面处升温明显，金属板材样品结合牢固。金属板材界面处具有接触电阻，在电流垂直通过样品时，界面处会产生更多的热量，可以实现同等情况下更小变形量的结合，降低轧制工艺难度，使得金属板材结合界面的结合更牢固。
3、金属板材样品结合面表面氧化物和金属间化合物能够被有效抑制。采用直接通电加热方式，缩短了界面与空气的接触时间，减少了表面氧化物的产生，由于电流只通过轧辊咬合的较小区域，高温加热时间极短，能够有效控制金属间化合物的产生。
4、加工生产所需时间短。减少了传统温轧、热轧中加热保温等步骤，采用直接在轧制加工过程中电流通过轧制部位，加工部位温升效应快，连续生产中可节省大量时间。
5、工艺简单，参数可控。采用通电加热的升温方式，电源可以采用程序控制，有利于进行连续大规模生产。通电仪器的连接方式有多种选择，和轧机的连接方式可选，设备改造难度小。
以下将对本发明的构思、具体操作方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
以下将介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
本实例为制作Mg/Al多层复合板材，金属板材A为Mg99.95退火态纯镁，金属板材B为1060轧制态纯铝。金属板材A的厚度为1.20±0.05mm，金属板材B的厚度为0.90±0.05mm。
将金属板材A和金属板材B进行裁剪，裁剪尺寸为30*150mm。
裁剪完毕后对金属板材A和金属板材B的结合面用酒精进行初步清洗。用装配钢丝刷头的手工角磨机，分别打磨将要结合的金属板材A和金属板材B的结合面表面。然后用丙酮清洗打磨过后的结合面，并将多余的丙酮用冷风吹干。
将两块金属板材B与一块金属板材A进行叠合，采取两层金属板材B包夹一块金属板材A的方式，在三块板四个角同一位置进行打孔，采用直径1mm钻头。用铁丝将四个角的孔进行绑定，放置于轧机轧辊处进行轧制。
累积叠轧焊的电源采用直流电源，轧机与电源的电接触点为上下轧辊，轧辊与轧机其他部位绝缘，参数设定为2.2V，25000A，轧机与电源同时启动。轧制压下量为50％，进行通电轧制。
轧制完成后，将样品再次裁剪，重复打磨清洗与轧制步骤，重复8次，得到镁层厚度在亚微米级别的多层复合金属板材。
实施例2
本实例为Cu/Nb多层复合板材，金属板材A为T2轧制态纯铜，金属板材B为退火态纯铌，金属板材A的厚度为0.95±0.05mm，金属板材B的厚度为1.45±0.05mm。
将金属板材A和金属板材B都进行裁剪，裁剪尺寸为50*200mm。
裁剪完毕后对金属板材A和金属板材B的结合面进行初步清洗。用装配钢丝刷刷头的手工角磨机，分别打磨将要结合的金属板材A和金属板材B的结合面表面。然后用丙酮清洗打磨过后的结合面，并将多余的丙酮吹干。
将要轧制的三块金属板材A与两块金属板材B进行叠合，采取三层金属板材A交错包夹两块金属板材B的方式，在五个金属板材的四个角同位置进行穿透打孔，采用直径为1.5mm的钻头。用铁丝将四个角的孔进行绑定，放置于轧机轧辊处准备轧制。
累积叠轧焊的电源采用脉冲电源，轧机与电源的电接触点为上下轧辊，轧辊与轧机其他部位绝缘。电源采用脉冲电源，参数设定为脉冲宽度15us，频率500hz，电流密度幅值5000A/mm2。轧机与电源同时启动，轧制压下量为50％，进行通电轧制。
轧制完成后，将样品再次裁剪，重复打磨清洗与轧制步骤，重复14次，得到层厚度在纳米级别的多层复合金属板材。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将金属板材A和金属板材B裁剪为矩形板块；
步骤2：使用试剂a对所述金属板材A和所述金属板材B的结合面进行初步清洗，打磨去除所述结合面的表面氧化层，使用试剂b再次清洗所述结合面；
步骤3：将所述金属板材A和所述金属板材B按照轧制方向进行叠合对齐并固定，得到待加工金属板材；
步骤4：将所述待加工金属板材放置于可通电轧制的轧机中，同时启动电源与所述轧机，以进行电加热辅助下的大变形量累积叠轧焊；
步骤5：将轧制所得金属复合板材裁剪为所需尺寸，重复步骤1～4，所述重复的次数为至少1次。
2.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述步骤2中的所述试剂a为酒精，所述试剂b为丙酮或具有同等挥发性的有机溶剂。
3.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述步骤2中使用装配钢丝刷头的角磨机打磨所述结合面。
4.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1：将所述金属板材A和所述金属板材B叠合对齐；
步骤3.2：使用钻头在所述金属板材A和所述金属板材B四个角的同一位置进行打孔；
步骤3.3：使用铁丝对四个角的所述孔进行绑定。
5.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述步骤4中所述电源为直流电源或脉冲电源。
6.如权利要求5所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述轧机与所述电源的电接触点为上下轧辊，所述轧辊与所述轧机的其他部位绝缘。
7.如权利要求5所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述电源的第一电接触点位于轧辊进口端，第二电接触点位于轧辊出口端，所述第一电接触点和所述第二电接触点与所述待加工金属板材连接，电流方向与轧制方向平行。
8.如权利要求5所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述电源的第一电接触点与轧辊相连，第二电接触点位于轧辊进口端且与所述待加工金属板材连接。
9.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述金属板材A和所述金属板材B由一种或以上晶体结构为面心立方或体心立方或密排六方的纯金属或合金构成。
10.如权利要求1所述的电加热辅助叠轧焊方法，其特征在于，所述金属板材A和所述金属板材B大于一层且以交替顺序叠加。
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