CN109763041A - 一种1xxx/5xxx铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金复合材料的制备方法，特别涉及一种1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法。一种1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，经过芯层合金和包覆层合金板材制备、表面处理、焊接固定、预热、热轧、冷轧、退火步骤制得铝合金复合材料成品。本发明采用1xxx系铝合金和5xxx系铝合金进行轧制复合制备1xxx/5xxx铝合金复合材料产品，充分结合了1xxx系和5xxx系铝合金材料各自的优势特性。本发明制备所得的产品与现有单一的5xxx系铝合金相比，焊接性能得到了明显改善，同时具有较好的结构强度和耐腐蚀性能，并且易于冲压成型，完全满足汽车翼子板对冲压成型和焊接性能的要求。

Description

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金复合材料的制备方法，特别涉及一种1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法。

背景技术

翼子板是汽车车身中重要的覆盖件，安装在汽车轮毂的外侧，在汽车行驶过程中主要防止被车轮卷起的砂石、泥浆溅到车厢底部，起到保护底盘的作用。因此，要求所使用的材料具有耐气候老化、良好的成型加工性以及一定的强度。传统的汽车翼子板主要由钢铁材料冲压而成，其加工和制造工艺都比较成熟和稳定。

随着排放法规的趋严以及新能源汽车的快速发展，汽车轻量化是实现节能减排、提高新能源汽车续航能力的重要途径和有效手段。现有钢材制成的翼子板重量比较大，加大了车身的重量，已不能满足轻量化的要求。采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。在应用新材料实现汽车轻量化中，塑料偏软、刚性较差，很难保证翼子板与其相邻的各部件的配合精度要求；此外，高性能的合成塑料成本较高，在不能快速降低生产成本的情况下，很难进行大规模应用。铝合金以其质量轻、比强度高、成形性能好、耐腐蚀性能优异以及回收率高等优点，成为汽车轻量化的理想材料。汽车车身的铝合金板材主要有Al-Mg(5xxx系)合金和Al-Mg-Si(6xxx系)合金两大系列。其中，Al-Mg(5xxx系)合金在强度、成形性和抗腐蚀性等方面具有一般钢材的优点，广泛用于汽车内板以及其它形状复杂的部件。但是，单一的Al-Mg(5xxx系)合金在焊接中，由于镁元素的烧损使焊缝表面下塌，降低焊缝质量，降低翼子板与其他覆盖件的焊接性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种1xxx/5xxx铝合金复合材料其制备方法。本发明采用焊接性能优良的1xxx系铝合金与5xxx系铝合金进行轧制复合，充分结合了1xxx系和5xxx系铝合金材料各自的优势特性，使材料最终获得较好的结构强度、成形性和耐腐蚀性能，并且具有优良的焊接性能。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，包括以下步骤：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：分别制备出芯层合金板材和包覆层合金板材；

(2)表面处理：将步骤(1)所得的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理；

(3)焊接固定：将步骤(2)表面处理后的芯层合金板材和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金板材坯料进行预热，加热温度为460～520℃，保温3～15小时，加热完成后进行热轧复合，制得厚度为5～10mm复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到的热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为0.5～4mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度100～200℃，保温时间为2～15小时，制得铝合金复合材料成品。

优选的是：步骤(1)中通过熔炼、除气、过滤、浇铸、均匀化退火、锯切、铣面后分别制备出芯层合金板材和包覆层合金板材。

优选的是：步骤(1)中所述的芯层合金的成分及质量百分含量为：Si≤0.25％，Fe≤0.40％，Cu≤0.10％，Mn≤0.10％，Mg 2.2～2.8％，Cr 0.15～0.35％，Zn≤0.10％，余量为Al和不可避免的元素。

优选的是：步骤(1)中所述的包覆层合金的成分及质量百分含量为Si≤0.25％，Fe≤0.40％，Cu≤0.05％，Mn≤0.05％，Mg≤0.05％，Zn≤0.05％，V≤0.05％，Ti≤0.03％，余量为Al和不可避免的元素。

优选的是：所述芯层合金板材占复合材料总厚度比例的70％～92％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例的8％～30％。

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料由上述方法制备得到。

本发明采用1xxx系铝合金和5xxx系铝合金进行轧制复合制备汽车翼子板用1xxx/5xxx铝合金复合材料产品，充分结合了1xxx系和5xxx系铝合金材料各自的优势特性。本发明制备所得的产品与现有单一的5xxx系铝合金相比，焊接性能得到了明显改善，同时具有较好的结构强度和耐腐蚀性能，并且易于冲压成型，完全满足汽车翼子板对冲压成型和焊接性能的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金成分按照质量百分比由以下成分组成：Si 0.06％，Fe 0.15％，Cu 0.02％，Mn 0.08％，Mg2.4％，Cr 0.25％，Zn 0.04％，余量为Al和不可避免的元素；包覆层合金中各元素的质量百分比：Si 0.04％，Fe 0.13％，Cu 0.006％，Mn 0.03％，Mg 0.008％，Zn 0.02％，V 0.03％，Ti 0.03％，余量为Al和不可避免的元素；所述1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为520mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面得到厚度为250mm的芯层合金板材和厚度为45mm的包覆层合金板材，芯层合金板材占复合材料总厚度比例85％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例15％；

(2)表面处理：将步骤(1)得到的芯层合金板和包覆层合金板材分别进行表面处理。表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊合固定：将表面处理后的芯层合金板和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊合好的合金板材坯料放入加热炉进行预热，加热温度为500℃，保温5小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，热轧终轧温度为295℃，制得厚度为5mm的复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为0.5mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度100℃，保温时间为15小时，得到铝合金复合材料成品。

实施例2

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金成分按照质量百分比由以下成分组成：Si 0.25％，Fe 0.12％，Cu 0.10％，Mn 0.05％，Mg2.2％，Cr 0.15％，Zn 0.10％，余量为Al和不可避免的元素；包覆层合金中各元素的质量百分比：Si 0.09％，Fe 0.40％，Cu 0.05％，Mn 0.02％，Mg 0.006％，Zn 0.05％，V 0.05％，Ti0.01％，余量为Al和不可避免的元素；所述1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为520mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面得到厚度为250mm的芯层合金板材和厚度为22mm的包覆层合金板材，芯层合金板材占复合材料总厚度比例92％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例8％；

(2)表面处理：将步骤(1)得到的芯层合金板和包覆层合金板材分别进行表面处理。表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊合固定：将表面处理后的芯层合金板和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊合好的合金板材坯料放入加热炉进行预热，加热温度为520℃，保温3小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，热轧终轧温度为305℃，制得厚度为8mm的复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为2.8mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度145℃，保温时间为5小时，得到铝合金复合材料成品。

实施例3

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金成分按照质量百分比由以下成分组成：Si 0.10％，Fe 0.08％，Cu 0.03％，Mn 0.03％，Mg2.8％，Cr 0.35％，Zn 0.02％，余量为Al和不可避免的元素；包覆层合金中各元素的质量百分比：Si 0.07％，Fe 0.08％，Cu 0.008％，Mn 0.03％，Mg 0.01％，Zn 0.02％，V 0.02％，Ti0.02％，余量为Al和不可避免的元素；所述1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为520mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面得到厚度为250mm的芯层合金板材和厚度为107mm的包覆层合金板材，芯层合金板材占复合材料总厚度比例70％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例30％；

(2)表面处理：将步骤(1)得到的芯层合金板和包覆层合金板材分别进行表面处理。表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊合固定：将表面处理后的芯层合金板和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊合好的合金板材坯料放入加热炉进行预热，加热温度为460℃，保温15小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，热轧终轧温度为280℃，制得厚度为10mm的复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为4.0mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度200℃，保温时间为2小时，得到铝合金复合材料成品。

实施例4

一种1xxx/5xxx铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金成分按照质量百分比由以下成分组成：Si 0.04％，Fe 0.40％，Cu 0.05％，Mn 0.10％，Mg2.5％，Cr 0.27％，Zn 0.03％，余量为Al和不可避免的元素；包覆层合金中各元素的质量百分比：Si 0.25％，Fe 0.09％，Cu 0.01％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.01％，V 0.01％，Ti0.01％，余量为Al和不可避免的元素；所述1xxx/5xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为520mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面得到厚度为250mm的芯层合金板材和厚度为70mm的包覆层合金板材，芯层合金板材占复合材料总厚度比例78％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例22％；

(2)表面处理：将步骤(1)得到的芯层合金板和包覆层合金板材分别进行表面处理。表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊合固定：将表面处理后的芯层合金板和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊合好的合金板材坯料放入加热炉进行预热，加热温度为500℃，保温5小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，热轧终轧温度为295℃，制得厚度为6mm的复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为1.5mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度160℃，保温时间为4小时，得到铝合金复合材料成品。

比较例1

比较例为单一的5xxx铝合金材料，合金成分按照质量百分比由以下成分组成：Si0.04％，Fe 0.40％，Cu 0.05％，Mn 0.10％，Mg 2.5％，Cr 0.27％，Zn 0.03％，余量为Al和不可避免的元素；按设计的合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后得到厚度为520mm的铸锭，然后将铸锭进行均匀化退火、锯切、铣面；再将加工后的铸锭放入加热炉进行预热，加热温度为500℃，保温5小时，加热完成后将铸锭轧成为6mm的卷材，热轧终轧温度为295℃；随后，对冷却后的热轧卷材进行冷轧，最终轧制厚度为1.5mm，将轧制好的铝合金卷材进行退火处理，退火温度160℃，保温时间为4小时。

将实施例1-4制备的的铝合金复合材料和比较例1制备的单一铝合金材料进行性能测试，测试结果如表1所示。

由上表可见，本发明制备的铝合金复合材料与单一铝材相比，焊缝质量得到明显改善，并且具有较好的结构强度。

Claims (6)

1.一种1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)芯层合金和包覆层合金板材制备：分别制备出芯层合金板材和包覆层合金板材；

(2)表面处理：将步骤(1)所得的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理；

(3)焊接固定：将步骤(2)表面处理后的芯层合金板材和包覆层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金板材坯料进行预热，加热温度为460～520℃，保温3～15小时，加热完成后进行热轧复合，制得厚度为5～10mm复合卷材；

(5)冷轧：将步骤(4)得到的热轧复合卷材进行冷轧，冷轧至厚度为0.5～4mm的复合卷材；

(6)退火：将步骤(5)制得的冷轧复合卷材进行退火处理，退火温度100～200℃，保温时间为2～15小时，制得铝合金复合材料成品。

2.根据权利要求1所述的1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中通过熔炼、除气、过滤、浇铸、均匀化退火、锯切、铣面后分别制备出芯层合金板材和包覆层合金板材。

3.根据权利要求1所述的1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的芯层合金的成分及质量百分含量为：Si≤0.25％，Fe≤0.40％，Cu≤0.10％，Mn≤0.10％，Mg 2.2～2.8％，Cr 0.15～0.35％，Zn≤0.10％，余量为Al和不可避免的元素。

4.根据权利要求1所述的1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的包覆层合金的成分及质量百分含量为Si≤0.25％，Fe≤0.40％，Cu≤0.05％，Mn≤0.05％，Mg≤0.05％，Zn≤0.05％，V≤0.05％，Ti≤0.03％，余量为Al和不可避免的元素。

5.根据权利要求1-4任一所述的1xxx/5xxx铝合金复合材料制备方法，其特征在于，所述芯层合金板材占复合材料总厚度比例的70％～92％，包覆层合金板材占复合材料总厚度比例的8％～30％。

6.一种1xxx/5xxx铝合金复合材料由权利要求5所述方法制备得到。