CN111760908A - 一种超薄极薄多层金属复合带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种组元力学性能差异极大的超薄极薄多层金属复合带材及其制备方法，具体制备方法为：母材板材的预处理：将母材板材表面进行机械打磨、清洗；将处理好的板材按照一定顺序堆叠，并将其放入真空热压炉进行热压；将真空热压后的板材进行热轧；将热轧后的复合板直接进行多道次冷轧或者进行中间退火，获得表面质量良好、厚度小于或等于0.5mm的多层金属复合带材；最终将带材进行热处理。所述方法特别适用于制造蜂鸣器振动片用的带材。

Description

一种超薄极薄多层金属复合带材及其制备方法
技术领域
本发明属于材料及其制备技术领域。涉及一种厚度小于或等于0.5mm 的多层金属复合材料超薄极薄带材及其制备方法，特别涉及一种组元力学性能差异极大、具有多层次结构的极薄超薄带材，多用于电子器件领域，例如蜂鸣器振动膜片。
背景技术
随着电子、科技、装备领域的不断发展，材料或部件的轻量化与结构功能一体化以及多功能化成为了一种新的趋势。单一材料，如300系不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金的超薄极薄化为装备设备的微型化与高度集成化提供了可靠的保证。这些材料的极薄超薄化得益于自身优异的塑性变形能力与适当的加工工艺。然而对于复合材料，由于组元间巨大的性能差异，例如物理性能与力学性能，势必对材料制备过程中的协调变形、界面结合能力产生显著影响，而往往这种影响是不利的。
复合材料展现出的优异综合力学性能、功能性能引起了国内外大量研究人员的关注。特别是在多层金属复合材料领域，既有铝(铝合金)-铝(铝合金)、铜(铜合金)-铜(铜合金)等同种材料的复合，也有铝(铝合金) -铜(铜合金)等异种材料的复合。这些复合材料多由纯金属或者塑性变形能力较强、且力学性能差异不大的合金材料制备而成。而对由力学性能差异较大甚至极大不同组元组成的多层复合材料的制备尚未见相关报道。力学性能的差异势必会引起变形的不协调性，差异越大，不协调性越明显，最终导致局部失稳失效。
目前，制备超薄极薄多层金属复合材料的方法以直接热轧、直接冷轧及先热轧后冷轧为主。热轧过程中不可避免界面的氧化问题，最终导致界面结合弱，影响复合材料的使用。而直接冷轧，虽然低温避免了界面氧化的问题，但是如果想要获得良好的界面结合效果，则需要极大的变形，这就对冷轧机提出了很高的要求。另外，直接冷轧后的板材需要进行退火，使界面附近原子充分扩散，进而获得良好的界面结合。如果界面结合效果不良，在后期制备超薄极薄带材的过程中，则会出现分层、断带等现象。
因此，结合多层复合材料每种组元各自独特的性能与制备工艺优势，发明一种界面结合良好且适合力学性能差异极大组元间复合超薄极薄带材的制备方法成了本领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种组元力学性能差异极大的多层金属复合超薄极薄带材的制备方法，采用本发明所述制备方法得到的多层金属复合带材的厚度小于或等于0.5mm，其界面无氧化物、孔洞、微裂纹、未结合等缺陷，带材内部组元变形协调，表面质量优异。
本发明技术方案如下：
一种超薄极薄多层金属复合带材，其特征在于：所述复合带材为多层结构，由高强高韧铁-镍-钴基马氏体时效钢和商用奥氏体不锈钢两种材料组成；其中铁-镍-钴基马氏体时效钢优选18Ni(250级)、18Ni(300级)、 18Ni(350级)、18Ni(400级)，商用奥氏体不锈钢优选304、304L、316、316L。
本发明所述超薄极薄多层金属复合带材，其特征在于：所述复合带材由3～11层组成。
本发明还提供了所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)、母材板材的预处理：将母材板材表面进行机械打磨、清洗；
2)、将处理好的板材按照马氏体钢-奥氏体钢-马氏体钢-奥氏体钢……- 马氏体钢的顺序堆叠(即保证上下两端为马氏体钢，且马氏体钢和奥氏体钢交替堆叠)，并将其放入真空热压炉进行热压，抽真空，施加10-30MPa 的压力，升温到1000～1200℃，升温速度为10～20℃/s，保压时间15～30min，待冷却后取出；
3)、将真空热压后的板材进行热轧；
4)、将热轧后的复合板直接进行多道次冷轧或者经进行中间退火，最终获得厚度小于或等于0.5mm的多层金属复合带材；
5)、对多层金属复合带材进行热处理(热处理工艺与组元热处理工艺有关)。
作为优选的技术方案：
步骤1)中，两种母材板材的厚度、层数可根据实际情况调整，母材板材厚度优选为2mm。
步骤2)中，抽真空使真空度达到10-2～10-4torr(最优为10-3torr)。
步骤3)中，热轧初轧温度1200℃，终轧温度1000℃，空冷。
步骤4)中，中间退火工艺为820℃/30～60min。
本发明所述复合带材用于制造蜂鸣器振动片用的带材。
本发明的实质性特点和有益效果：
(1)现有的极薄多层金属复合材料的制备技术中，多采用直接热轧、直接冷轧或者先热轧后冷轧的方式进行结合。热轧过程中不可避免界面的氧化问题，最终导致界面结合弱，影响复合材料的使用。而直接冷轧，虽然低温避免了界面氧化的问题，但是如果想要获得良好的界面结合效果，则需要极大的变形，这就对冷轧机提出了很高的要求。而本发明中采用的真空热压+热轧+冷轧+热处理的方法能够很好地避免界面氧化的问题，界面结合力强。
(2)本发明选择两种力学性能差异极大的金属材料作为母材，克服了母材性能差异大对协调变形的影响，制备出了表面质量良好的超薄极薄带材，为异质异性超薄极薄带材的制备奠定基础。
附图说明
图1为11层组元堆叠方式；
图2为厚度为0.37mm的11层超薄带材界面(500倍)；
图3为厚度为0.37mm的11层超薄带材界面(1000倍)；
图4为厚度为0.37mm的11层超薄带材拉伸的力-位移曲线；
图5为厚度为0.15mm的11层极薄带材界面；
图6为复合带材拉伸的力-位移曲线。
具体实施方式
实施例1
制备一种厚度为0.37mm、11层层状金属复合材料带材，通过以下步骤制备得到：
以2mm厚、抗拉强度为1200MPa(固溶态)的马氏体时效钢18Ni(350) 和316L(退火态)板材作为原始坯料，其力学性能见表1。将板材机械打磨、清洗；
将坯料按图1中的方式堆叠(浅色部分为马氏体时效钢，深色部分为 316L不锈钢)，并将其放入真空热压炉中，抽真空到10-3torr；
施加压力直至30MPa，并以10℃/S的速度升温到1200℃，并保压 15min，卸载，冷却，取出坯料；
将坯料进行热轧，轧制速度为1m/min，初轧温度1200℃，终轧温度 1000℃，空冷，最终热轧板尺寸为5mm；
将热轧板进行多道次冷轧，中间无退火，最终厚度为0.37mm。
对轧制后的坯料进行热处理，热处理工艺为：820℃/30min(空冷) +500℃/4h(空冷)，这样就获得了由力学性能差异极大的两组元制备的超高强度马氏体时效钢/奥氏体不锈钢层状金属复合材料超薄极薄带材，该材料的界面如图2、3所示。
从图2、3中可以看到界面较为平直，界面处无明显缺陷，且表面质量良好。
图4为该复合带材拉伸的力-位移曲线，经过计算，其抗拉强度可达到 1350MPa。
实施例2
图5为将通过实施例1获得的冷轧态带材在4辊异步轧机上再进行多次冷轧，最终获得厚度为0.11mm、11层的多层金属复合带材。从图5中可以看出，界面整体平直，无明显的界面缺陷，且表面质量良好。
图6为该复合带材拉伸的力-位移曲线，经过计算，其抗拉强度可达到 780MPa。
实施例3
选择2mm厚固溶态的马氏体时效钢18Ni(400)和退火态316L板材作为原始坯料来制备11层极薄带材，其制备工艺与实施例1相同。最终获得厚度为0.2mm，界面平直，无明显缺陷的11层极薄带材。
实施例4
选择2mm厚固溶态的马氏体时效钢18Ni(250)和退火态304L板材作为原始坯料来制备9层极薄带材，其制备工艺与实施例1相同。最终获得厚度为0.15mm，界面平直，无明显缺陷的9层极薄带材。
表1原始坯料力学性能
Figure RE-GDA0002159752760000061
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超薄极薄多层金属复合带材，其特征在于：所述复合带材为多层结构，由高强高韧铁-镍-钴基马氏体时效钢和商用奥氏体不锈钢两种材料组成，其厚度小于或等于0.5mm。
2.按照权利要求1所述超薄极薄多层金属复合带材，其特征在于：所述铁-镍-钴基马氏体时效钢为18Ni(250)、18Ni(300)、18Ni(350)或18Ni(400)，商用奥氏体不锈钢为304、304L、316、316L。
3.按照权利要求1所述超薄极薄多层金属复合带材，其特征在于：所述复合带材由3～11层组成。
4.一种权利要求1所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)、母材板材的预处理：将母材板材表面进行机械打磨、清洗；
2)、将处理好的板材按照马氏体钢-奥氏体钢-马氏体钢-奥氏体钢……-马氏体钢的顺序堆叠，并将其放入真空热压炉进行热压，抽真空，施加10-30MPa的压力之后升温到1000～1200℃，升温速度为10～20℃/s，保压时间15～30min，待冷却后取出；
3)、将真空热压后的板材进行热轧；
4)、将热轧后的复合板直接进行多道次冷轧或者经进行中间退火，最终获得厚度小于或等于0.5mm的多层金属复合带材；
5)、对多层金属复合带材进行热处理。
5.按照权利要求4所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于：步骤1)中，母材板材厚度为2mm。
6.按照权利要求4所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于：步骤2)中，抽真空使真空度达到10-2～10-4torr。
7.按照权利要求4所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于：步骤3)中，热轧初轧温度1200℃，终轧温度1000℃，空冷。
8.按照权利要求4所述超薄极薄多层金属复合带材的制备方法，其特征在于：步骤4)中，中间退火工艺为820℃/30～60min。
9.按照权利要求1所述超薄极薄多层金属复合带材的应用，其特征在于：所述复合带材用于制造蜂鸣器振动片用的带材。
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