CN110450476A - 一种高强度复合铝合金板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度复合铝合金板材及其制备方法，充分利用吸铸7～22wt％共晶铝硅合金板材作为外夹层，低温共烧陶瓷氧化物混合物粉烧结物作为陶瓷芯层，进行激光扫射烧结形成夹心结构，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；利用共晶铝硅合金板材高强度的优点，结合陶瓷芯层和搅拌摩擦加工表面强化，大幅强化铝合金复合板材的硬度和强度。陶瓷芯层原料和搅拌加工填充料中均包含SiO2，B2O3，MnO2，TiB2，CrO3，ZrO2等高硬度陶瓷氧化物原料，高温烧结后起到连接和硬化支撑骨架的作用，进一步提升复合板材的整体强度。微弧氧化沉积陶瓷膜层可提升复合板材的耐磨性和耐腐蚀性，使本发明应用领域广阔。

Description

一种高强度复合铝合金板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料领域，特别涉及一种高强度复合铝合金板材及其制备方法。
背景技术
单一铝合金材料性能单一，通过改进铸造工艺和铸造后加工工艺对其力学性能的提升有限。为进一步提升铝合金材料的强度，叠层铝合金复合材料逐渐发展成为一种高性能，低成本的优良铝合金替代材料，其可在满足使用强度的前提下可以减少合金使用量，也可在相同铝合金使用量下大幅提升力学性能，叠层铝合金复合板的性能具有任何一种组元无法比拟的优越性，是多种优良性能的结合体。叠层铝合金复合板这种兼具复合板组元的优良特性，不仅可以打破铝合金材料性能提升的瓶颈，还可降低铝合金材料用量，充分利用铝合金材料，降低制造成本，提高铝合金产品附加值。
目前，叠层铝合金复合板主要采用浇铸板轧制复合法、扩散连接法制备，由于复合方法不同，铝镁叠层复合板的复合机理、组织形态、力学性能也有所差异。轧制复合是通过轧机施加的较大的轧制力下使两层及以上金属发生塑性变形，金属表面相互接触，并较为稳固的结合在一起。金属之间的结合强度也会受到轧制变形量、轧制温度、轧后退火温度等多种参数的影响。扩散连接法是指在压焊技术条件下，由于高温和压力的共同作用，金属之间的接触表面发生局部范围内的塑性变形，一段时间后经过金属原子的相互扩散而实现多层金属结合的复合方法。
中国专利CN101279521B公开了一种高强度层状复合铝合金材料及其制备方法，涉及金属材料及其加工技术领域，特别是一种成形性能优良的高强度层状复合铝合金材料及其制备方法。该材料外层是成形性能优良的6009铝合金，内层是高强韧7075铅合金，在两层之间存在一个厚度为毫米数量级、成分呈梯度变化的过渡层；其内层铝合金成分中的锌、镁含量从内向外呈梯度降低。材料具有与6009铝合金一样优良的成形性能，此外耐腐蚀性能与6009铝合金相当，但强度比6009合金高50％以上，兼有成形性能好、耐腐蚀和高强度的特性，可广泛应用于汽车、石油化工、航空等领域。
中国专利CN105624476B公开了一种建筑用高强度层状铝合金板材的制备方法。所述制备方法包括包覆层和芯层制备，所述包覆层和芯层分别经过配料→熔炼→除气、过滤→浇铸→均匀化退火→锯切→表面处理工序，得到包覆层及芯层铸造板；再将处理好的铸造板按照包覆层/芯层/包覆层进行复合焊接→预热、热轧→冷轧→中间退火→冷轧→固溶→时效处理，得到成品。制备方法采用双铸造组织铝合金进行复合轧制，界面复合效果良好，产品强度和耐蚀性能明显提高，使用寿命延长，生产成本显著降低。
上述发明代表了目前铝合金复合板材制备的常用方法，采用浇铸制备包覆层和芯层后进行轧制复合的方法生产铝合金复合板材。为了获得良好的界面复合效果和成形效果，复合板材加工需要进行多道次轧制，在多道次叠轧时层与层之间有明显的波浪起伏，甚至开始出现颈缩和断裂，而且轧制工艺需要铸造铝合金材料具备良好的塑性和高延伸率，但含硅量大于7％的共晶铝硅合金材料塑性较差，随着含硅量的增加虽然强度提升，但塑性明显下降，无法进行大形变量的轧制，因此无法利用高性能的共晶铝硅合金进行高强度复合铝合金板材的制备。为此，需要开发一种可高效利用共晶铝硅合金制备复合铝合金板材的方法，打破共晶铝硅合金性能提升瓶颈，利用共晶铝硅合金的高强度特性提升复合铝合金板材性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：本发明提供一种高强度复合铝合金板材及其制备方法，有效复合高强度、低塑性的铝硅合金板材，结合板材表面强化处理，提升板材整体强度。
为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：
一种高强度复合铝合金板材，包含上层和下层铝合金板材，两层板材中间夹有一层陶瓷芯层形成夹心结构，夹心结构外表面沉积有一层陶瓷层，仅在上层铝合金板的上表面和下层铝合金板的下表面进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工部位呈条状平行排列，所述上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，所述上层和下层铝合金板材均采用含硅7～22wt％的共晶铝硅合金材料制成。
优选地，所述高强度复合铝合金板材厚度为1～4cm，长1～4m，宽1～3m，所述陶瓷层厚度为63.2～152.6μm，所述陶瓷芯层厚度为0.1～0.4cm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度0.45～1.8cm。
优选地，所述搅拌摩擦加工部位的单条宽度为1～3cm，10～30cm等间距平行排列，所述共晶铝硅合金材料化学成分为：7～22wt％Si，0.3～0.5wt％Fe，0.5～1.0wt％Cu，0.5～1.5wt％Mn，0.1～0.3wt％Mg，0.01～0.11wt％Zn，0.1～0.3wt％P，余量为Al。
优选地，所述陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％SiO2,，5～8wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043或4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目；
优选地，所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：20～30wt％SiO2，8～15wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，0.2～1.5wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目。
一种上述高强度复合铝合金板材的制备方法，包含如下具体步骤：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.5～1.6cm，沟槽开口长轴按10～30cm等间距平行排列，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至150～250℃，保温20～60min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至100～150℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.12～0.49cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加5～15MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率2.2～4.4KW，激光聚焦光斑直径2～6cm，扫描速度10～25mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.1～0.5MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度750～1000℃，加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温；
(5)按规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间35～55min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材。
优选地，所述搅拌摩擦加工方法如下：
(a)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2100～2500rpm旋转速度、80～85mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.1～0.2mm；
(b)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1100～1300rpm旋转速度、25～35mm/min加工速度、13～15°倾斜角、轴肩下压量为2.5～4.5mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向。
优选地，所述步骤(1)还包括步骤：搅拌摩擦加工后加热至300～400℃保温3～8h进行均质化；所述步骤(4)还包括水冷至室温后加热至400～450℃固溶1h，空冷，加热至100～120℃预时效2～4h，降温至77～95℃二级时效24h；所述沟槽横截面为三角形、方形、梯形，半圆形中的一种。
优选地，所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料的制备方法如下：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为10～13：1，转速50～70rpm，研磨混合20～40min后过150筛网，粒度在90～110μm即得。
本发明获得的有益效果：
1、采用吸铸7～22wt％共晶铝硅合金板材作为外夹层，低温共烧陶瓷氧化物混合物粉烧结物作为陶瓷芯层，进行激光扫射烧结形成夹心结构，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；
2、上下两层共晶铝硅合金板材的表面均进行搅拌摩擦加工，平行的加工部位被高硬度粉末强化，表面形成多道强化骨架，显著提高单层板材的强度和硬度，两层板材复合烧结后搅拌摩擦加工部位呈90度夹角，可互补提高加工部位垂直方向上的力学性能，抗拉强度和屈服强度均显著高于直接烧结两层未加工板材。
3、板材搅拌摩擦加工处理后对板材进行应力消除，可显著减少激光扫射时高温导致的板材形变，利于板材均匀扩散烧结形成复合整体。
4、陶瓷芯层原料均为微米级粉末，可降低烧结温度利于烧结，且其中包含SiO2，B2O3，MnO2，TiB2，CrO3，ZrO2等高硬度陶瓷氧化物原料，与CaO在高温下与低熔点的4043或4047铝合金烧结形成高硬度陶瓷复合物作为夹心层，起到连接和硬化支撑骨架的作用，进一步提升复合板材的整体强度。
5、搅拌加工填充料中包含高硬度原料微粒分散进入加工部位，显著提升加工部位的强度和硬度，加入MoS2作为减摩剂，提高搅拌摩擦加工效率。搅拌加工部位在激光扫射时，也可少量烧结提升加工部位骨架强度和硬度；
6、在夹心结构烧结后进行表面陶瓷层的微弧氧化沉积，增加板材表面的耐腐蚀和硬度，进一步提升板材的耐用性。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1：按如下方法制备高强度复合铝合金板材：
一、原料准备：
上层和下层铝合金板材采用厚度相同的吸铸共晶铝硅合金板材，厚度均为0.45cm，共晶铝硅合金材料化学成分为：7wt％Si，0.3wt％Fe，0.5wt％Cu，0.5wt％Mn，0.1wt％Mg，0.01wt％Zn，0.1wt％P，余量为Al。共晶铝硅合金板材熔铸过程采用Cu-P中间合金作为变质剂，常规熔炼变质处理后真空吸铸制得。
陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：6wt％SiO2,，5wt％B2O3，8wt％CaO，1.5wt％MnO2，2wt％MgO，3wt％TiB2，0.5wt％CrO3，1.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为40目；
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：20wt％SiO2，8wt％B2O3，8wt％CaO，1.5wt％MnO2，2wt％MgO，3wt％TiB2，0.5wt％CrO3，1.5wt％ZrO2，0.2wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为40目。
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料均按如下方法预先制备：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为10：1，转速50rpm，研磨混合20min后过150筛网，粒度在110μm即得。
二、高强度复合铝合金板材的制备：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.5cm，沟槽开口长轴按10cm等间距平行排列，沟槽横截面为三角形，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，本实施例中为0.22cm，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工方法如下：
(A)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2100rpm旋转速度、80mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.1mm；
(B)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1100rpm旋转速度、25mm/min加工速度、13°倾斜角、轴肩下压量为2.5mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向，加工完成后搅拌摩擦加工部位的单条平均宽度为1cm；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至150℃，保温20min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至100℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.12cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加5MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率2.2KW，激光聚焦光斑直径2cm，扫描速度10mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.1MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度750℃。加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温，烧结完成后，测定剖面陶瓷芯层厚度为0.1cm；
由于4043铝合金粉末(熔点在580～620℃)的加入，使得芯层原料的整体烧结温度降低，加上铝合金优良的导热性能，在此温度下足以完成陶瓷芯层的烧结硬化，虽然此温度临近或高于铝合金板材料的熔点，但由于加入了应力消除步骤，且无热量累积，激光扫射区域在加热后快速冷却，因此0.45cm厚的上下层铝合金板材均不会发生形变或塌陷
(5)按长1m，宽1m规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间35min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材，高强度复合铝合金板材厚度为1cm，采用TT260型数字式涡流测厚仪测量膜层的厚度，陶瓷层厚度为63.2μm，所述陶瓷芯层厚度为0.1cm。
实施例2：按如下方法制备高强度复合铝合金板材：
一、原料准备：
上层和下层铝合金板材采用厚度相同的吸铸共晶铝硅合金板材，厚度均为1.8cm，共晶铝硅合金材料化学成分为：22wt％Si，0.5wt％Fe，1.0wt％Cu，1.5wt％Mn，0.3wt％Mg，0.11wt％Zn，0.3wt％P，余量为Al。共晶铝硅合金板材熔铸过程采用Cu-P中间合金作为变质剂，常规熔炼变质处理后真空吸铸制得。
陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：13wt％SiO2,，8wt％B2O3，10wt％CaO，3.5wt％MnO2，5wt％MgO，5wt％TiB2，1wt％CrO3，5.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为80目；
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：30wt％SiO2，15wt％B2O3，10wt％CaO，3.5wt％MnO2，5wt％MgO，5wt％TiB2，1wt％CrO3，5.5wt％ZrO2，1.5wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为80目。
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料均按如下方法预先制备：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为13：1，转速70rpm，研磨混合40min后过150筛网，粒度在110μm即得。
二、高强度复合铝合金板材的制备：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为1.6cm，沟槽开口长轴按30cm等间距平行排列，沟槽横截面为方形，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，本实施例中为0.8cm，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工方法如下：
(A)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2500rpm旋转速度、85mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.2mm；
(B)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1300rpm旋转速度、35mm/min加工速度、15°倾斜角、轴肩下压量为4.5mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向，加工完成后搅拌摩擦加工部位的单条平均宽度为3cm；
搅拌摩擦加工后加热至300℃保温3h进行均质化；均质化有利于高硬度微粒晶体的均匀扩散分布，提升加工部位强度和硬度。
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至250℃，保温60min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至150℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.49cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加15MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率4.4KW，激光聚焦光斑直径6cm，扫描速度25mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.5MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度1000℃。加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温后加热至400℃固溶1h，空冷，加热至100℃预时效2h，降温至77℃二级时效24h；此处热处理步骤可提高复合板材中各组元的结合度，增加不同材料界面的融合度，提升复合板材的整合度，进一步提高整体强度。
由于4047铝合金粉末(熔点在580～620℃)的加入，使得芯层原料的整体烧结温度降低，加上铝合金优良的导热性能，在此温度下足以完成陶瓷芯层的烧结硬化，虽然此温度临近或高于铝合金板材料的熔点，但由于加入了应力消除步骤，且无热量累积，激光扫射区域在加热后快速冷却，因此1.8cm厚的上下层铝合金板材均不会发生形变或塌陷
(5)按长4m，宽3m规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间35～55min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材，高强度复合铝合金板材整体厚度为4cm，采用TT260型数字式涡流测厚仪测量膜层的厚度，陶瓷层厚度为152.6μm，所述陶瓷芯层厚度为0.4cm。
实施例3：按如下方法制备高强度复合铝合金板材：
一、原料准备：
上层和下层铝合金板材采用厚度相同的吸铸共晶铝硅合金板材，厚度均为1.1cm，共晶铝硅合金材料化学成分为：14wt％Si，0.4wt％Fe，0.75wt％Cu，1.0wt％Mn，0.2wt％Mg，0.06wt％Zn，0.2wt％P，余量为Al。共晶铝硅合金板材熔铸过程采用Cu-P中间合金作为变质剂，常规熔炼变质处理后真空吸铸制得。
陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：9.5wt％SiO2,，6.5wt％B2O3，9wt％CaO，2.5wt％MnO2，3.5wt％MgO，4wt％TiB2，0.75wt％CrO3，3.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043铝合金，所述原料均为颗粒状，粒径为60目；
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：25wt％SiO2，11.5wt％B2O3，9wt％CaO，2.5wt％MnO2，3.5wt％MgO，4wt％TiB2，0.75wt％CrO3，3.5wt％ZrO2，0.85wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为60目。
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料均按如下方法预先制备：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为11.5：1，转速60rpm，研磨混合30min后过150筛网，粒度在100μm即得。
二、高强度复合铝合金板材的制备：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为1cm，沟槽开口长轴按20cm等间距平行排列，沟槽横截面为梯形，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，本实施例中为0.45cm，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工方法如下：
(A)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2300rpm旋转速度、83mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.15mm；
(B)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1200rpm旋转速度、30mm/min加工速度、14°倾斜角、轴肩下压量为3.5mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向，加工完成后搅拌摩擦加工部位的单条平均宽度为2cm；
搅拌摩擦加工后加热至400℃保温8h进行均质化；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至200℃，保温40min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至125℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.31cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加10MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率3.5KW，激光聚焦光斑直径4cm，扫描速度17mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.3MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度875℃。加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温后加热至450℃固溶1h，空冷，加热至120℃预时效4h，降温至95℃二级时效24h；
由于4043铝合金粉末(熔点在580～620℃)的加入，使得芯层原料的整体烧结温度降低，加上铝合金优良的导热性能，在此温度下足以完成陶瓷芯层的烧结硬化，虽然此温度临近或高于铝合金板材料的熔点，但由于加入了应力消除步骤，且无热量累积，激光扫射区域在加热后快速冷却，因此1.1cm厚的上下层铝合金板材均不会发生形变或塌陷
(5)按长2.5m，宽2m规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间45min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材，高强度复合铝合金板材整体厚度为2.44cm，采用TT260型数字式涡流测厚仪测量膜层的厚度，陶瓷层厚度为103.7μm，所述陶瓷芯层厚度为0.25cm。
实施例4：按如下方法制备高强度复合铝合金板材：
一、原料准备：
上层和下层铝合金板材采用厚度相同的吸铸共晶铝硅合金板材，厚度均为1.5cm，共晶铝硅合金材料化学成分为：21wt％Si，0.5wt％Fe，0.8wt％Cu，1.5wt％Mn，0.1wt％Mg，0.01wt％Zn，0.1wt％P，余量为Al。共晶铝硅合金板材熔铸过程采用Cu-P中间合金作为变质剂，常规熔炼变质处理后真空吸铸制得。
陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：11wt％SiO2,，6wt％B2O3，9wt％CaO，3wt％MnO2，3wt％MgO，5wt％TiB2，0.5wt％CrO3，2wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为60目；
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：27wt％SiO2，10wt％B2O3，9wt％CaO，3wt％MnO2，3wt％MgO，4wt％TiB2，1wt％CrO3，4wt％ZrO2，1.1wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为60目。
搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料均按如下方法预先制备：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为11：1，转速65rpm，研磨混合35min后过140筛网，粒度在105μm即得。
二、高强度复合铝合金板材的制备：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.8cm，沟槽开口长轴按25cm等间距平行排列，沟槽横截面为半圆形，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，本实施例中为0.6cm，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工方法如下：
(A)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2400rpm旋转速度、81mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.15mm；
(B)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1250rpm旋转速度、25mm/min加工速度、13°倾斜角、轴肩下压量为4mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向，加工完成后搅拌摩擦加工部位的单条平均宽度为1.3cm；
搅拌摩擦加工后加热至350℃保温5.5h进行均质化；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至225℃，保温55min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至140℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.42cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加13MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率4KW，激光聚焦光斑直径5cm，扫描速度11mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.3MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度950℃。加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温后加热至425℃固溶1h，空冷，加热至110℃预时效3h，降温至86℃二级时效24h；
由于4047铝合金粉末(熔点在580～620℃)的加入，使得芯层原料的整体烧结温度降低，加上铝合金优良的导热性能，在此温度下足以完成陶瓷芯层的烧结硬化，虽然此温度临近或高于铝合金板材料的熔点，但由于加入了应力消除步骤，且无热量累积，激光扫射区域在加热后快速冷却，因此1.5cm厚的上下层铝合金板材均不会发生形变或塌陷。
(5)按长3m，宽3m规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间35～55min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材，高强度复合铝合金板材整体厚度为3.33cm，采用TT260型数字式涡流测厚仪测量膜层的厚度，陶瓷层厚度为137.9μm，所述陶瓷芯层厚度为0.36cm。
对照实施例1：其余均与实施例3相同，不同之处在于对共晶铝硅合金板材不进行任何表面搅拌摩擦加工，直接进行剩余后续步骤。
对照实施例2：其余均与实施例3相同，不同之处在于采用中国专利CN107012372B提供的芯材作为陶瓷芯层原料制备复合铝合金板材。
对照实施例3：采用中国专利CN101279521B公开的方法，制备高强度层状复合铝合金材料，用于后续对照试验。
为了测试本发明中制备的高强度复合铝合金板材的各项性能进行如下试验：
1、力学性能测试
将实施例1～4及对照实施例1～3按GB/T 3880.1-2012测试铝合金板材力学性能，结果见表1：
表1室温铝合金板材的力学性能测试结果
组别 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 拉伸率(％)
实施例1 629 498 2.5
实施例2 793 652 3.2
实施例3 698 555 2.1
实施例4 634 521 1.9
对照实施例1 498 382 2.3
对照实施例2 538 404 1.1
对照实施例3 395 355 11.3
由表1数据可见，实施例1～4的板材强度显著大于对照实施例1，表明搅拌摩擦加工的表面强化和经纬骨架显著增强了板材的强度，实施例1～4的板材强度显著大于对照实施例2，表明芯材原料的组分和形状优化对增加板材的强度也有较大贡献，实施例1～4的板材强度显著大于对照实施例2表明本发明复合板材的加工工艺明显优于铸造轧制工艺，但获得高强度的同时损失了部分塑性作为代价，而作为板材，应用于建筑领域时(如铝合金门窗制造)塑性越低效果越好，因此本发明综合力学性能仍然好于对照实施例3。
2、共晶铝硅合金板材与芯材的结合力测定
垂直于板材长宽面，穿透板材切取圆柱形试样，按GB6397-86测定棒材试样的拉伸强度，结果见表2：
表2板材纵向拉伸强度测定结果(共晶铝硅合金板材与芯材的结合力测定结果)
组别 抗拉强度(MPa)
实施例1 125
实施例2 133
实施例3 136
实施例4 121
对照实施例1 130
对照实施例2 107
对照实施例3 97
表2中抗拉强度越大，说明板材与芯材的结合更牢固，实施例1～4的结合力显著高于对照实施例2～3，本发明提供的芯材原料搭配激光烧结工艺有效融合上下层板材，界面融合稳定高效，板材整体性更好，有利于板材强度的提高。
3、硬度测试
使用HVS-1000A型显微硬度计测试板材显微硬度值，加载载荷为200g，加载时间为10s，测试点间距至少为1mm，板材上表面取三处不同点测定，最终结果取其平均值。同时选取不同测试点测试板材的布氏硬度。
表3铝合金复合板材硬度测试结果
组别 显微硬度(HV<sub>0.2</sub>) 布氏硬度(N/mm<sup>2</sup>)
实施例1 210 309
实施例2 231 321
实施例3 244 333
实施例4 202 300
对照实施例1 104 121
对照实施例2 123 144
对照实施例3 111 139
未经表面加工(搅拌摩擦加工)的对照实施例1在硬度上显著低与实施例3，表明搅拌摩擦加工填充料的高硬度物质可以有效强化板材的硬度，结合陶瓷芯材原料中的高硬度物质烧结形成陶瓷芯层，双重强化板材硬度，使得复合板材较单一板材或轧制板材的硬度有大幅度提高。实施例1与实施例3的对比也表明，进一步的均质化和热处理可一定程度的提高板材的硬度和强度。
4、耐腐蚀性能测试
腐蚀性能测试按照国家标准GB/T 10125-1997(人造气氛腐蚀试验-盐雾试验)利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来判定产品或金属抗盐雾腐蚀能力。实验时将试样按规定暴露于盐雾试验箱的角型的试架上，盖好上箱盖随后启动设备开关，由喷嘴向箱体内由上而下喷入5％的氯化钠溶液，细雾会均匀地沉降在试样表面，箱内可控温度为35±2℃。试验结束后取出试样，用去离子水清洗，以除去试样表面残留的盐雾溶液，再立即用吹风机吹干，通过观察表面腐蚀的状况来判断耐蚀性的好坏。盐雾试验时间定为240小时。
表4铝合金复合板材中性盐雾试验
时间(h) 实施例1 实施例2 实施例3 对照实施例1 对照实施例3
24 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 表面略微腐蚀
48 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 1/4面积腐蚀
72 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 1/2面积腐蚀
96 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 3/4表面腐蚀
120 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 表层完全腐蚀
144 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 腐蚀深入基板
168 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 腐蚀严重
192 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 表面略微腐蚀 腐蚀严重
216 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 表面略微腐蚀 腐蚀严重
240 取出试样 取出试样 取出试样 取出试样 取出试样
表4结果表明微弧氧化步骤在复合板材表面沉积形成陶瓷层可有效保护内层铝硅合金基板，防止腐蚀，无须另加防腐措施。
5、耐磨性能测试
在常温下，采用球盘式HT-1000型磨损试验机进行摩擦磨损实验。将梯度成形块沿着垂直于沉积方向切取，将三种不同状态下的每一梯度层切成尺寸为28mm*15mm*8mm的耐磨试件，对磨件为GCr 15钢球(硬度60HRC)，直径为6mm，试样固定在旋转台上，对磨钢球在试样表面做半径为6mm的圆周运动，法向载荷5N，转速为500r/min，磨损时间20min，得出摩擦系数曲线。磨损实验前后，均需要对试样进行10min超声波清洗，清洗后用精度为0.1mg的天平对其称重，得出磨损失重。磨损失重越小的试件其耐磨性能越好，试样测试3次，取平均值。
表5耐磨损性能测试结果
陶瓷氧化物沉积层还可以有效增加板材的耐磨性能，耐磨性显著高于裸露的对照实施例3中的板材。
综上所述，采用吸铸7～22wt％共晶铝硅合金板材作为外夹层，低温共烧陶瓷氧化物混合物粉烧结物作为陶瓷芯层，进行激光扫射烧结形成夹心结构，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；上下两层共晶铝硅合金板材的表面均进行搅拌摩擦加工，平行的加工部位被高硬度粉末强化，表面形成多道强化骨架，显著提高单层板材的强度和硬度，两层板材复合烧结后搅拌摩擦加工部位呈90度夹角，可互补提高加工部位垂直方向上的力学性能，抗拉强度和屈服强度均显著高于直接烧结两层未加工板材。板材搅拌摩擦加工处理后对板材进行应力消除，可显著减少激光扫射时高温导致的板材形变，利于板材均匀扩散烧结形成复合整体。陶瓷芯层原料均为微米级粉末，可降低烧结温度利于烧结，且其中包含SiO2，B2O3，MnO2，TiB2，CrO3，ZrO2等高硬度陶瓷氧化物原料，与CaO在高温下与低熔点的4043或4047铝合金烧结形成高硬度陶瓷复合物作为夹心层，起到连接和硬化支撑骨架的作用，进一步提升复合板材的整体强度。搅拌加工填充料中包含高硬度原料微粒分散进入加工部位，显著提升加工部位的强度和硬度，加入MoS2作为减摩剂，提高搅拌摩擦加工效率。搅拌加工部位在激光扫射时，也可少量烧结提升加工部位骨架强度和硬度；在夹心结构烧结后进行表面陶瓷层的微弧氧化沉积，增加板材表面的耐腐蚀和硬度，进一步提升板材的耐用性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种高强度复合铝合金板材，其特征在于，包含上层和下层铝合金板材，两层板材中间夹有一层陶瓷芯层形成夹心结构，夹心结构外表面沉积有一层陶瓷层，仅在上层铝合金板的上表面和下层铝合金板的下表面进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工部位呈条状平行排列，所述上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，所述上层和下层铝合金板材均采用含硅7～22wt％的共晶铝硅合金材料制成。
2.根据权利要求1中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述高强度复合铝合金板材厚度为1～4cm，长1～4m，宽1～3m，所述陶瓷层厚度为63.2～152.6μm，所述陶瓷芯层厚度为0.1～0.4cm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度0.45～1.8cm。
3.根据权利要求1中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述搅拌摩擦加工部位的单条宽度为1～3cm，10～30cm等间距平行排列，所述共晶铝硅合金材料化学成分为：7～22wt％Si，0.3～0.5wt％Fe，0.5～1.0wt％Cu，0.5～1.5wt％Mn，0.1～0.3wt％Mg，0.01～0.11wt％Zn，0.1～0.3wt％P，余量为Al。
4.根据权利要求3中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％SiO2,，5～8wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043或4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目；
所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：20～30wt％SiO2，8～15wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，0.2～1.5wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为所述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述高强度复合铝合金板材的制备方法，其特征在于，包含如下具体步骤：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.5～1.6cm，沟槽开口长轴按10～30cm等间距平行排列，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至150～250℃，保温20～60min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至100～150℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.12～0.49cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加5～15MPa的压力形成夹心结构；
(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率2.2～4.4KW，激光聚焦光斑直径2～6cm，扫描速度10～25mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.1～0.5MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度750～1000℃，加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于陶瓷芯层层，整体翻转夹心结构180°，继续施以相同压力，激光扫射下层铝合金板材下表面，水冷至室温；
(5)按规格裁切板材后脱脂除油、去离子水清洗并烘干，砂纸打磨去除氧化层，再用丙酮除油、无水乙醇清洗，烘干；以板材为阳极、不锈钢电解槽为阴极，在微弧氧化电解液中进行微弧氧化操作，微弧氧化电参数为正向电压450V，负向电压170V，电流23A，电流密度8A/dm2、阴阳极电流密度比为0.65，正占空比30％，负占空比12％，脉冲频率为400Hz，氧化时间35～55min；所述微弧氧化电解液包含8g/L硼酸钠、9g/L硅酸钠、1g/L氢氧化钠、1.5g/L硼酸和30g/L的400nm粒径TiC微粉；
(6)微弧氧化加工后取出板材，纯水冲洗板材表面，烘干即得高强度复合铝合金板材。
6.根据权利要求5所述的一种高强度复合铝合金板材的制备方法，其特征在于：所述搅拌摩擦加工方法如下：
(a)在沟槽中等体积填充粉末填充剂，填充后压紧粉末填充剂，利用搅拌头沿沟槽长轴进行密封，搅拌头密封加工参数为2100～2500rpm旋转速度、80～85mm/min加工速度、无倾斜角，轴肩下压量为0.1～0.2mm；
(b)随后进行搅拌摩擦加工，搅拌头设定参数为1100～1300rpm旋转速度、25～35mm/min加工速度、13～15°倾斜角、轴肩下压量为2.5～4.5mm，每条沟槽加工4道次，每道次之间改变搅拌头旋转方向。
7.根据权利要求6所述的一种高强度复合铝合金板材的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)还包括步骤：搅拌摩擦加工后加热至300～400℃保温3～8h进行均质化；所述步骤(4)还包括水冷至室温后加热至400～450℃固溶1h，空冷，加热至100～120℃预时效2～4h，降温至77～95℃二级时效24h；所述沟槽横截面为三角形、方形、梯形，半圆形中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种高强度复合铝合金板材的制备方法，其特征在于：所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料与陶瓷芯层原料的制备方法如下：将颗粒状原料烘干至绝干后投入行星球磨机中，球料比为10～13：1，转速50～70rpm，研磨混合20～40min后过150筛网，粒度在90～110μm即得。
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