CN110935728A - 一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括如下步骤：选材、表面处理、金属板预热和轧制，最后进行退火处理即可得到钢铝复合板，本申请采用的是热轧复合法制备钢铝复合板，这种方法的优点为工艺简单、成本低廉以及结合面牢固，由于室温下铝合金塑性变形能力差，再加上轧制复合产生的残余应力以及引起的加工硬化,严重影响着复合板的使用性能。为了消除轧制后产生的加工硬化和残余应力,提高钢铝复合板的塑性,应对热轧制复合板进行退火处理。此外，轧后退火能够促进金属复合界面间元素的互相扩散,使得热轧复合时形成的点结合转换为广泛的面结合,还可以使得界面原子激活形成金属键，从而使得界面的结合强度得到提高。

Description

一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及复合金属板技术领域，尤其涉及一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法。
背景技术
耐磨钢广泛应用于矿山机械、工程机械、农业机械、电力机械、交通运输等部门；在各种各样的机械中凡是有相对运动的工件间，皆会产生各种类型的磨损，都会有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨钢，但钢的密度大。目前在各行各业，特别是在交通运输行业面临着节能、环保的巨大压力，需要实现车辆、设备的轻量化。铝合金的密度小、价格低，延展性好。如果能将耐磨钢和铝合金两者结合起来，制备出耐磨轻质钢铝层状复合材料，将具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明提出了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，以解决上述背景技术中提出耐磨钢板密度大问题。
本发明提出了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取两块0.5mm厚的铝板表面处理，选取2.5mm厚的钢板表面经砂纸打磨，去除表面杂质与氧化层直至露出银白色表层；
S2：将经表面处理后的铝板与打磨后的钢板层叠在一起，其中中间层为钢板，铝板位于钢板两侧，外层的铝板的长宽均大于中间层钢板的长宽，铝板与钢板自由变形，得到复合板；
S3：采用快速升温箱式电炉对复合板进行轧前预热，温度400～460℃，保温1～5小时；
S4：将预热完成的复合板放入两辊轧机进行轧制，轧制过程如下：
第一道次加热温度为360℃，保温时间为10min,压下量48.57%，
第二道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为2.22%，
第三道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为14.29%，
第四道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为16.67%，四道次轧制完成后进行退火处理即可得到钢铝复合板。
优选的，在S1中的铝板表面处理方法为：
A1：铝板表面阳极氧化或者化学氧化；
A2：A1中的铝板浸入封闭液中进行封闭处理，浸泡的时间为55～65min，封闭液温度为45～55℃；
A3：将A2中封闭处理完成的铝板取出，用无水乙醇进行洗涤，洗涤完成后自然风干。
优选的，A2中所述的封闭液包括以下成分：四水合硫酸铈15g/L、六水合硝酸镧3g/L、过硫酸铵1.5g/L。
优选的，铝板为铝合金板，所述铝合金板包括以下成分：Mg3.01%、Zn0.90%、Mn0.5%、Fe0.005%、Si0.04%，余量为Al。
优选的，S4中的退火处理方法为：将钢铝复合板放入退火炉中，温度为180～220℃，持续时间45～65min。
优选的，所述钢铝复合板在空气或氩气气氛下进行退火。
本发明提出的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，有益效果在于：本申请所设计的轧制工艺获得的钢铝复合板，效果较好，复合板无边裂或者边裂很小，表面光滑平直，板形很好，无褶皱。此外，热轧后的钢铝复合板经过扭转、弯曲后并未出现分层的现象，可见结合强度较好，能够满足各种要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明提出了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取两块0.5mm厚的铝板表面处理，铝板为铝合金板，所述铝合金板包括以下成分：Mg3.01%、Zn0.90%、Mn0.5%、Fe0.005%、Si0.04%，余量为Al；选取2.5mm厚的钢板表面经砂纸打磨，去除表面杂质与氧化层直至露出银白色表层；
在大气中，金属表面会形成氧化层和-一些有机物、无机物等污染物，这些污染物和氧化膜在轧制复合的过程中会阻碍组元层间结合，严重影响复合板的结合强度。因此,在轧制复合前要对钢合金板及铝合金板进行表面处理，以便轧制时异种金属的结合。
采用320#砂纸打磨钢板表面，直至材料表面形成砂面效果，这样能够使金属表面活化，进而增加铝板与钢板的摩擦力和接触面积，从而有效的使叠层复合板的界面结合强度提高。
铝板表面处理方法为：
A1：铝板表面阳极氧化或者化学氧化；
A2：A1中的铝板浸入封闭液中进行封闭处理，浸泡的时间为55～65min，封闭液温度为45～55℃；封闭液包括以下成分：四水合硫酸铈15g/L、六水合硝酸镧3g/L、过硫酸铵1.5g/L。
A3：将A2中封闭处理完成的铝板取出，用无水乙醇进行洗涤，洗涤完成后自然风干。
铝合金的表面处理主要包括阳极氧化和化学氧化，其中在氧化之前需要进行前处理，而氧化之后则需要进行封闭处理，封闭处理主要为了提高氧化膜的耐腐蚀性能。
S2：将经表面处理后的铝板与打磨后的钢板层叠在一起，其中中间层为钢板，铝板位于钢板两侧，外层的铝板的长宽均大于中间层钢板的长宽，铝板与钢板自由变形，得到复合板；将经过表面处理的铝板和钢板板按照叠放在一起。此外，为了提高复合成功率,使得钢板和铝板自由变形，同时为了防止在塑性变形时各层板料发生左右挫动而不能结合在一起，必须要让外层铝板大于内层的钢板。
S3：采用快速升温箱式电炉对复合板进行轧前预热，温度400，保温1小时；
采用快速升温箱式电炉对钢铝复合板进行轧前预热,轧制温度的高低会严重影响钢铝复合板的界面结合强度、成形性能和边裂。钢铝复合板在较低的轧制温度下将不能实现很好的复合，此外,还会造成表面开裂和边裂。这是因为铝板低温下塑性差、滑移系少，从而使得变形困难。而钢铝复合板在较高的轧制温度下，其接触表面会严重氧化，从而铝板和钢板的接触面积也会相应的变小，导致界面的结合强度降低。
S4：将预热完成的复合板放入两辊轧机进行轧制，轧制过程如下：
第一道次加热温度为360℃，保温时间为10min,压下量48.57%，
第二道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为2.22%，
第三道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为14.29%，
第四道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为16.67%，四道次轧制完成后进行退火处理即可得到钢铝复合板，采用以上工艺制备出的钢铝复合板无边裂或边裂很小，结合强度较好。而且，热轧前后钢板与铝板的厚度比均匀。
本申请所设计的轧制工艺获得的钢铝复合板，效果较好，复合板无边裂或者边裂很小，表面光滑平直，板形很好，无褶皱。此外，热轧后的钢铝复合板经过扭转、弯曲后并未出现分层的现象，可见结合强度较好，能够满足各种要求。
退火处理方法为：将钢铝复合板放入退火炉中，在空气或氩气气氛下进行退火，温度为180～220℃，持续时间45～65min。
本申请采用的是热轧复合法制备钢铝复合板，这种方法的优点为工艺简单、成本低廉以及结合面牢固，由于室温下铝合金塑性变形能力差，再加上轧制复合产生的残余应力以及引起的加工硬化,严重影响着复合板的使用性能。为了消除轧制后产生的加工硬化和残余应力,提高钢铝复合板的塑性,应对热轧制复合板进行退火处理。此外，轧后退火能够促进金属复合界面间元素的互相扩散,使得热轧复合时形成的点结合转换为广泛的面结合,还可以使得界面原子激活形成金属键，从而使得界面的结合强度得到提高。
实施例2
本发明提出了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取两块0.5mm厚的铝板表面处理，铝板为铝合金板，所述铝合金板包括以下成分：Mg3.01%、Zn0.90%、Mn0.5%、Fe0.005%、Si0.04%，余量为Al；选取2.5mm厚的钢板表面经砂纸打磨，去除表面杂质与氧化层直至露出银白色表层；
在大气中，金属表面会形成氧化层和-一些有机物、无机物等污染物，这些污染物和氧化膜在轧制复合的过程中会阻碍组元层间结合，严重影响复合板的结合强度。因此,在轧制复合前要对钢合金板及铝合金板进行表面处理，以便轧制时异种金属的结合。
采用320#砂纸打磨钢板表面，直至材料表面形成砂面效果，这样能够使金属表面活化，进而增加铝板与钢板的摩擦力和接触面积，从而有效的使叠层复合板的界面结合强度提高。
铝板表面处理方法为：
A1：铝板表面阳极氧化或者化学氧化；
A2：A1中的铝板浸入封闭液中进行封闭处理，浸泡的时间为55～65min，封闭液温度为45～55℃；封闭液包括以下成分：四水合硫酸铈15g/L、六水合硝酸镧3g/L、过硫酸铵1.5g/L。
A3：将A2中封闭处理完成的铝板取出，用无水乙醇进行洗涤，洗涤完成后自然风干。
铝合金的表面处理主要包括阳极氧化和化学氧化，其中在氧化之前需要进行前处理，而氧化之后则需要进行封闭处理，封闭处理主要为了提高氧化膜的耐腐蚀性能。
S2：将经表面处理后的铝板与打磨后的钢板层叠在一起，其中中间层为钢板，铝板位于钢板两侧，外层的铝板的长宽均大于中间层钢板的长宽，铝板与钢板自由变形，得到复合板；将经过表面处理的铝板和钢板板按照叠放在一起。此外，为了提高复合成功率,使得钢板和铝板自由变形，同时为了防止在塑性变形时各层板料发生左右挫动而不能结合在一起，必须要让外层铝板大于内层的钢板。
S3：采用快速升温箱式电炉对复合板进行轧前预热，温度440，保温3小时；
采用快速升温箱式电炉对钢铝复合板进行轧前预热,轧制温度的高低会严重影响钢铝复合板的界面结合强度、成形性能和边裂。钢铝复合板在较低的轧制温度下将不能实现很好的复合，此外,还会造成表面开裂和边裂。这是因为铝板低温下塑性差、滑移系少，从而使得变形困难。而钢铝复合板在较高的轧制温度下，其接触表面会严重氧化，从而铝板和钢板的接触面积也会相应的变小，导致界面的结合强度降低。
S4：将预热完成的复合板放入两辊轧机进行轧制，轧制过程如下：
第一道次加热温度为360℃，保温时间为10min,压下量48.57%，
第二道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为2.22%，
第三道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为14.29%，
第四道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为16.67%，四道次轧制完成后进行退火处理即可得到钢铝复合板，采用以上工艺制备出的钢铝复合板无边裂或边裂很小，结合强度较好。而且，热轧前后钢板与铝板的厚度比均匀。
本申请所设计的轧制工艺获得的钢铝复合板，效果较好，复合板无边裂或者边裂很小，表面光滑平直，板形很好，无褶皱。此外，热轧后的钢铝复合板经过扭转、弯曲后并未出现分层的现象，可见结合强度较好，能够满足各种要求。
退火处理方法为：将钢铝复合板放入退火炉中，在空气或氩气气氛下进行退火，温度为180～220℃，持续时间45～65min。
本申请采用的是热轧复合法制备钢铝复合板，这种方法的优点为工艺简单、成本低廉以及结合面牢固，由于室温下铝合金塑性变形能力差，再加上轧制复合产生的残余应力以及引起的加工硬化,严重影响着复合板的使用性能。为了消除轧制后产生的加工硬化和残余应力,提高钢铝复合板的塑性,应对热轧制复合板进行退火处理。此外，轧后退火能够促进金属复合界面间元素的互相扩散,使得热轧复合时形成的点结合转换为广泛的面结合,还可以使得界面原子激活形成金属键，从而使得界面的结合强度得到提高。
实施例3
本发明提出了一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取两块0.5mm厚的铝板表面处理，铝板为铝合金板，所述铝合金板包括以下成分：Mg3.01%、Zn0.90%、Mn0.5%、Fe0.005%、Si0.04%，余量为Al；选取2.5mm厚的钢板表面经砂纸打磨，去除表面杂质与氧化层直至露出银白色表层；
在大气中，金属表面会形成氧化层和-一些有机物、无机物等污染物，这些污染物和氧化膜在轧制复合的过程中会阻碍组元层间结合，严重影响复合板的结合强度。因此,在轧制复合前要对钢合金板及铝合金板进行表面处理，以便轧制时异种金属的结合。
采用320#砂纸打磨钢板表面，直至材料表面形成砂面效果，这样能够使金属表面活化，进而增加铝板与钢板的摩擦力和接触面积，从而有效的使叠层复合板的界面结合强度提高。
铝板表面处理方法为：
A1：铝板表面阳极氧化或者化学氧化；
A2：A1中的铝板浸入封闭液中进行封闭处理，浸泡的时间为55～65min，封闭液温度为45～55℃；封闭液包括以下成分：四水合硫酸铈15g/L、六水合硝酸镧3g/L、过硫酸铵1.5g/L。
A3：将A2中封闭处理完成的铝板取出，用无水乙醇进行洗涤，洗涤完成后自然风干。
铝合金的表面处理主要包括阳极氧化和化学氧化，其中在氧化之前需要进行前处理，而氧化之后则需要进行封闭处理，封闭处理主要为了提高氧化膜的耐腐蚀性能。
S2：将经表面处理后的铝板与打磨后的钢板层叠在一起，其中中间层为钢板，铝板位于钢板两侧，外层的铝板的长宽均大于中间层钢板的长宽，铝板与钢板自由变形，得到复合板；将经过表面处理的铝板和钢板板按照叠放在一起。此外，为了提高复合成功率,使得钢板和铝板自由变形，同时为了防止在塑性变形时各层板料发生左右挫动而不能结合在一起，必须要让外层铝板大于内层的钢板。
S3：采用快速升温箱式电炉对复合板进行轧前预热，温度460，保温5小时；
采用快速升温箱式电炉对钢铝复合板进行轧前预热,轧制温度的高低会严重影响钢铝复合板的界面结合强度、成形性能和边裂。钢铝复合板在较低的轧制温度下将不能实现很好的复合，此外,还会造成表面开裂和边裂。这是因为铝板低温下塑性差、滑移系少，从而使得变形困难。而钢铝复合板在较高的轧制温度下，其接触表面会严重氧化，从而铝板和钢板的接触面积也会相应的变小，导致界面的结合强度降低。
S4：将预热完成的复合板放入两辊轧机进行轧制，轧制过程如下：
第一道次加热温度为360℃，保温时间为10min,压下量48.57%，
第二道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为2.22%，
第三道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为14.29%，
第四道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为16.67%，四道次轧制完成后进行退火处理即可得到钢铝复合板，采用以上工艺制备出的钢铝复合板无边裂或边裂很小，结合强度较好。而且，热轧前后钢板与铝板的厚度比均匀。
本申请所设计的轧制工艺获得的钢铝复合板，效果较好，复合板无边裂或者边裂很小，表面光滑平直，板形很好，无褶皱。此外，热轧后的钢铝复合板经过扭转、弯曲后并未出现分层的现象，可见结合强度较好，能够满足各种要求。
退火处理方法为：将钢铝复合板放入退火炉中，在空气或氩气气氛下进行退火，温度为180～220℃，持续时间45～65min。
本申请采用的是热轧复合法制备钢铝复合板，这种方法的优点为工艺简单、成本低廉以及结合面牢固，由于室温下铝合金塑性变形能力差，再加上轧制复合产生的残余应力以及引起的加工硬化,严重影响着复合板的使用性能。为了消除轧制后产生的加工硬化和残余应力,提高钢铝复合板的塑性,应对热轧制复合板进行退火处理。此外，轧后退火能够促进金属复合界面间元素的互相扩散,使得热轧复合时形成的点结合转换为广泛的面结合,还可以使得界面原子激活形成金属键，从而使得界面的结合强度得到提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取两块0.5mm厚的铝板表面处理，选取2.5mm厚的钢板表面经砂纸打磨，去除表面杂质与氧化层直至露出银白色表层；
S2：将经表面处理后的铝板与打磨后的钢板层叠在一起，其中中间层为钢板，铝板位于钢板两侧，外层的铝板的长宽均大于中间层钢板的长宽，铝板与钢板自由变形，得到复合板；
S3：采用快速升温箱式电炉对复合板进行轧前预热，温度400～460℃，保温1～5小时；
S4：将预热完成的复合板放入两辊轧机进行轧制，轧制过程如下：
第一道次加热温度为360℃，保温时间为10min,压下量48.57%，
第二道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为2.22%，
第三道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为14.29%，
第四道次加热温度为380℃，保温时间为10min,压下量为16.67%，四道次轧制完成后进行退火处理即可得到钢铝复合板。
2.根据权利要求1所述的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于：在S1中的铝板表面处理方法为：
A1：铝板表面阳极氧化或者化学氧化；
A2：A1中的铝板浸入封闭液中进行封闭处理，浸泡的时间为55～65min，封闭液温度为45～55℃；
A3：将A2中封闭处理完成的铝板取出，用无水乙醇进行洗涤，洗涤完成后自然风干。
3.根据权利要求2所述的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于：A2中所述的封闭液包括以下成分：四水合硫酸铈15g/L、六水合硝酸镧3g/L、过硫酸铵1.5g/L。
4.根据权利要求1所述的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于：铝板为铝合金板，所述铝合金板包括以下成分：Mg3.01%、Zn0.90%、Mn0.5%、Fe0.005%、Si0.04%，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于：S4中的退火处理方法为：将钢铝复合板放入退火炉中，温度为180～220℃，持续时间45～65min。
6.根据权利要求5所述的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于：所述钢铝复合板在空气或氩气气氛下进行退火。
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