CN112519344B - 一种钢铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢铝基复合材料及其制备方法，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层、中间层、保护层和钎焊层，所述芯材层两侧向外均依次为中间层和保护层，所述钎焊层位于保护层的外侧，单侧设置或双侧设置；所述芯材层为钢材，所述中间层、保护层和钎焊层独立地为铝合金材料，其中钎焊层的熔点低于保护层的熔点。本发明所述复合材料以钢材代替铝合金作为芯材层，可有效提高复合材料的强度等力学性能，并避免采用铝合金时容易因低熔点相的熔化而造成组织过烧、结构塌陷的问题；所述中间层能够增强芯材层与保护层之间的结合强度，保护层可有效提高复合材料的耐腐蚀性；所述复合材料结构及制备过程简单，成本较低，应用前景广阔。

Description

一种钢铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种钢铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
铝作为一种重要金属元素，在交通运输、电力通信、航空航天以及日常生活等领域具有广泛的应用。汽车热交换器位于汽车前端，不仅要经受雨水、路面挥发的盐分、汽车排出的废气、沙粒、灰尘、泥浆的污染，还要承受着反复冷热循环、震动和冲击，工作条件十分恶劣，对材料的要求较高。铝合金种类多样，其中以锰元素作为主要合金元素的3系铝合金因具有较好的短时耐高温强度，在600～620℃短时高温钎焊条件下不易变形，常常作为热交换器用钎焊铝合金的主体材料，而随着科技的不断进步，热交换器朝着小型化、高性能、低成本、长寿命的方向发展，开发更轻薄、更耐腐蚀的铝合金热交换器成为了重要的研究方向。
经过持续的研究开发，目前3系铝合金的生产工艺已趋于成熟稳定，单纯通过工艺的改进已难以进一步提高合金的性能，因而合金成分的优化和新型材料结构设计成为提高热交换器用铝合金耐蚀性能和焊接后强度的有效途径。其中，合金成分的优化通常需要添加多元微合金元素，如Cr、Zr、Ti、V及RE元素，虽能提高合金材料的某些性能，但添加RE等元素会使成本明显增加，在实际生产过程中应用范围有限。而新型材料的结构设计作为另一种改进方法，目前也多有研究。
CN 101372161A公开了一种钎焊铝合金多层复合板材料及其制造方法，该复合板材料由外层AA4045合金、中间层AA3003合金及内层Mod6060合金构成，其中AA4045合金主要起焊接作用，AA3003合金起隔离作用，Mod6060合金起时效强化增强强度、抗塌陷的作用，虽然增加6系铝合金作为结构层，但该合金中合金元素添加量有限，否则会面临在高温钎焊过程中发生组织过烧，恶化材料性能，导致产品报废的风险。
CN 105728718A公开了一种可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的制备方法，首先将不同质量比的增强体粉末与铝基体粉末混合均匀，制成增强体含量不同的混合粉末，然后将上述混合粉末依次封装于模具中，进行冷压成型，然后在惰性气体下进行热压成型，将热压成型后的坯锭进行高温真空除气处理，以及热等静压致密化，得到层状铝基复合材料，将其与纯铁板交替层叠经过热压、热轧和热处理，得到可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材。该方法的重点仍在于层状铝基复合材料的制备，后续与铁板的复合主要是为增强其柔韧性及抗冲击性，对目前铝合金复合板材固有的缺陷并不能较好的解决。
综上所述，对于热交换器用铝合金材料的改进，还需要从材料层结构设计及组成选择上进行改进，以提高合金材料的强度及耐腐蚀性能，且不存在组织过烧影响成型的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢铝基复合材料及其制备方法，所述复合材料以钢材代替铝合金作为芯材层，不仅能够提高钎焊后的力学性能，还可有效提高耐腐蚀性能，而且避免了采用铝合金时容易因低熔点相的熔化而造成组织过烧的问题，有助于复合材料的成型。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种钢铝基复合材料，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层、中间层、保护层和钎焊层，所述芯材层两侧向外均依次为中间层和保护层，所述钎焊层位于保护层的外侧，单侧设置或双侧设置；
所述芯材层为钢材，所述中间层、保护层和钎焊层独立地为铝合金材料，其中钎焊层的熔点低于保护层的熔点。
本发明中，基于目前钎焊铝合金的性能优化途径，在材料结构优化设计时，选择多层复合材料，同时采用钢材作为芯材层，代替现有的铝合金材料，利用钢材强度高、成本低的特性，提高复合材料的强度等力学性能，采用钢材还可避免采用铝合金时容易因低熔点相的熔化而造成组织过烧、结构塌陷的问题，保证复合材料的致密性与成型性能；本发明在芯材层两侧设置中间层，增强芯材层与保护层之间的结合强度，而保护层的设置也可有效提高复合材料的耐腐蚀性；根据复合材料的应用需要在外侧设置钎焊层，其熔点低于其他结构层，方便与其他结构件的焊接固定。所述复合材料结构明确，制备过程简单，成本较低，应用前景广阔。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述芯材层的钢材包括碳素钢或合金钢。
优选地，所述钢材包括08Al钢、Q195、Q215或Q235中任意一种。
本发明中，所述芯材层选择钢材，根据其合金元素的种类，可选择碳素钢或合金钢，为提高其耐腐蚀性能，可优先选择不锈钢。
作为本发明优选的技术方案，所述中间层的铝合金成分包括Si 0.5～1.2wt％，例如0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、1.0wt％或1.2wt％等，Fe≤0.7wt％，例如0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％、0.4wt％或0.3wt％等，Cu≤0.1wt％，例如0.1wt％、0.08wt％、0.06wt％、0.05wt％或0.03wt％等，Mn≤0.2wt％，例如0.2wt％、0.18wt％、0.15wt％、0.12wt％或0.1wt％等，其余为Al及不可避免的杂质元素。
优选地，所述不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，例如0.15wt％、0.12wt％、0.1wt％、0.08wt％或0.06wt％等，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％，例如0.05wt％、0.04wt％、0.03wt％、0.02wt％或0.01wt％等，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，两侧中间层的厚度独立地为复合材料总厚度的2～8％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％或8％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，中间层材质的选择主要起到对芯材层与保护层的过渡作用，避免两者因材质相差较大而难以结合或结合作用较弱的问题。
作为本发明优选的技术方案，所述保护层的材质为3系铝合金。
本发明中，3系铝合金一般为铝锰系合金，耐腐蚀性较强，具体可选择Mod铝合金。
优选地，所述保护层的铝合金成分包括Si≤0.6wt％，例如0.6wt％、0.5wt％、0.4wt％、0.3wt％或0.2wt％等，Fe≤0.7wt％，例如0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％、0.4wt％或0.3wt％等，Cu 0.05～0.1wt％，例如0.05wt％、0.06wt％、0.08wt％或0.1wt％等，Mn 1.0～1.5wt％，例如1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％或1.5wt％等，Zn≤2.0wt％，例如2.0wt％、1.8wt％、1.6wt％、1.3wt％、1.0wt％或0.8wt％等，Zr 0.05～0.2wt％，例如0.05wt％、0.08wt％、0.1wt％、0.12wt％、0.15wt％、0.18wt％或0.2wt％等，其余为Al及不可避免的杂质元素。
优选地，所述不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，例如0.15wt％、0.12wt％、0.1wt％、0.08wt％或0.06wt％等，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％，例如0.05wt％、0.04wt％、0.03wt％、0.02wt％或0.01wt％等，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，两侧保护层的厚度独立地为复合材料总厚度的20～35％，例如20％、22％、25％、27％、30％、32％或35％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述钎焊层单侧设置时，有钎焊层一侧的保护层的厚度为复合材料总厚度的20～30％，例如20％、22％、25％、27％或30％等，另一侧保护层的厚度为复合材料总厚度的25～35％，例如25％、27％、28％、30％、32％、34％或35％等，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述钎焊层单侧设置时，两侧的保护层的厚度可以不同，这主要是基于该复合材料的应用考虑，所述复合材料制备成管材时，管材内部可通冷却液，为了防止因冷却液对材料的腐蚀造成穿孔失效，故靠近冷却液一侧的保护层需适当加厚。
作为本发明优选的技术方案，所述钎焊层的材质为4系铝合金。
本发明中，所述4系铝合金一般为铝硅系合金，硅含量较高，使得合金的熔点降低，方便作为钎焊层用于焊接固定。
优选地，所述钎焊层的铝合金成分包括Si 5.0～12.5wt％，例如5.0wt％、6.0wt％、/8.0wt％、10.0wt％或12.5wt％等，Fe≤0.7wt％，例如0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％、0.4wt％或0.3wt％等，Cu≤0.3wt％，例如0.3wt％、0.25wt％、0.2wt％、0.15wt％或0.1wt％等，Zn≤0.1wt％，例如0.1wt％、0.09wt％、0.08wt％、0.06wt％或0.04wt％等，Sr0～0.05wt％，例如0、0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％或0.05wt％等，其余为Al及不可避免杂质元素。
优选地，所述不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，例如0.15wt％、0.12wt％、0.1wt％、0.08wt％或0.06wt％等，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％，例如0.05wt％、0.04wt％、0.03wt％、0.02wt％或0.01wt％等，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述钎焊层的厚度独立地为复合材料总厚度的5～15％，例如5％、6％、8％、10％、12％、14％或15％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
另一方面，本发明提供了一种上述钢铝复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合材料中芯材层两侧的结构层按顺序先依次进行热轧复合、冷轧，得到初级复合材料；
(2)将步骤(1)得到的初级复合材料与芯材层进行双面冷轧复合，至得到目标厚度的复合板材；
(3)将步骤(2)得到的复合板材进行热处理，得到所述钢铝基复合材料。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述芯材层两侧的结构层中，有钎焊层时热轧复合的温度为450～500℃，例如450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述芯材层两侧的结构层中，无钎焊层时热轧复合的温度为480～520℃，例如480℃、490℃、500℃、510℃或520℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述热轧复合后的厚度为5～10mm，例如5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述冷轧过程中的每道次压下率为20～40％，例如20％、25％、30％、35％或40％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述初级复合材料的厚度为0.15～3mm，例如0.15mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述双面冷轧复合时，两侧初级复合材料的中间层与芯材层接触。
优选地，步骤(2)所述冷轧复合过程中的首道次压下率为30～50％，例如30％、35％、40％、45％或50％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，两侧的初级复合材料和芯材层复合时采用冷轧处理，既可减少加热工序，节省能耗，又可增加复合的稳定性，而首道次压下率的选择，能够保证初级复合材料与芯材层的良好结合。
优选地，步骤(2)所述复合板材的目标厚度为0.5～3mm，例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述热处理为退火热处理。
优选地，步骤(3)所述热处理的温度为400～480℃，例如400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃或480℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述热处理的时间为1～3h，例如1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述热处理后自然冷却。
本发明中，所述复合材料经过改性，性能优异，应用领域广泛，尤其是用作汽车热交换器，具有更轻薄更耐腐蚀的特性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述复合材料以钢材代替铝合金作为芯材层，可有效提高复合材料的强度等力学性能，并避免采用铝合金时容易因低熔点相的熔化而造成组织过烧、结构塌陷的问题；
(2)本发明所述复合材料在芯材层两侧设置中间层，增强芯材层与保护层之间的结合强度，而保护层的设置也可有效提高复合材料的耐腐蚀性；
(3)本发明所述复合材料结构明确，制备过程简单，成本较低，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的钢铝基复合材料的结构示意图；
其中，1-芯材层，2-中间层，21-第一中间层，22-第二中间层，3-保护层，31-第一保护层，32-第二保护层，4-钎焊层。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种钢铝基复合材料及其制备方法，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层1、中间层2、保护层3和钎焊层4，所述芯材层1两侧向外均依次为中间层2和保护层3，所述钎焊层4位于保护层3的外侧，单侧设置或双侧设置；
所述芯材层1为钢材，所述中间层2、保护层3和钎焊层4独立地为铝合金材料，其中钎焊层4的熔点低于保护层3的熔点。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料，所述复合材料的结构示意图如图1所示，呈层状结构，包括芯材层1、中间层2、保护层3和钎焊层4，所述芯材层1两侧向外均依次为中间层2和保护层3，所述钎焊层4位于保护层3的外侧，单侧设置；
所述芯材层1为钢材，所述中间层2、保护层3和钎焊层4独立地为铝合金材料，其中钎焊层4的熔点低于保护层3的熔点。
所述芯材层1的钢材为Q195碳素结构钢。
所述中间层2的铝合金成分为Si 0.8wt％，Fe 0.7wt％，Cu 0.1wt％，Mn 0.2wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
两侧的中间层2分别为第一中间层21和第二中间层22，其厚度均为复合材料总厚度的5％。
所述保护层3的材质为3003mod铝合金，其合金成分为Si 0.6wt％，Fe 0.7wt％，Cu0.08wt％，Mn 1.2wt％，Zn 2.0wt％，Zr 0.1wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.12wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
有钎焊层4一侧的保护层3为第一保护层31，第一保护层31的厚度为复合材料总厚度的25％，另一侧的保护层3为第二保护层32，第二保护层32的厚度为复合材料总厚度的35％。
所述钎焊层4的材质为4343铝合金，其合金成分为Si 7.5wt％，Fe 0.7wt％，Cu0.3wt％，Zn 0.1wt％，Sr 0.05wt％，其余为Al及不可避免杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
所述钎焊层4的厚度为复合材料总厚度的10％。
所述复合材料的总厚度为1.8mm。
实施例2：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层1、中间层2、保护层3和钎焊层4，所述芯材层1两侧向外均依次为中间层2和保护层3，所述钎焊层4位于保护层3的外侧，双侧设置；
所述芯材层1为钢材，所述中间层2、保护层3和钎焊层4独立地为铝合金材料，其中钎焊层4的熔点低于保护层3的熔点。
所述芯材层1的钢材为08Al钢。
所述中间层2的铝合金成分为Si 1.2wt％，Fe 0.6wt％，Cu 0.05wt％，Mn0.1wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.12wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
两侧的中间层2分别为第一中间层21和第二中间层22，其厚度均为复合材料总厚度的2％。
所述保护层3的材质为3003mod铝合金，其合金成分为Si 0.5wt％，Fe 0.5wt％，Cu0.1wt％，Mn 1.5wt％，Zn 1.5wt％，Zr 0.05wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
两侧的保护层3分别为第一保护层31和第二保护层32，两者厚度均为复合材料总厚度的30％。
所述钎焊层4的材质为4345铝合金，其合金成分为Si 10.0wt％，Fe 0.5wt％，Cu0.2wt％，Zn 0.08wt％，Sr 0.03wt％，其余为Al及不可避免杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.1wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
两侧的钎焊层4分别为第一钎焊层和第二钎焊层，两者厚度均为复合材料总厚度的5％。
所述复合材料的总厚度为1mm。
实施例3：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层1、中间层2、保护层3和钎焊层4，所述芯材层1两侧向外均依次为中间层2和保护层3，所述钎焊层4位于保护层3的外侧，单侧设置；
所述芯材层1为钢材，所述中间层2、保护层3和钎焊层4独立地为铝合金材料，其中钎焊层4的熔点低于保护层3的熔点。
所述芯材层1的钢材为Q215钢材。
所述中间层2的铝合金成分为Si 0.5wt％，Fe 0.5wt％，Cu 0.08wt％，Mn0.15wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.1wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
两侧的中间层2分别为第一中间层21和第二中间层22，其厚度均为复合材料总厚度的8％。
所述保护层3的材质为3003铝合金，其合金成分为Si 0.4wt％，Fe 0.6wt％，Cu0.05wt％，Mn 1.0wt％，Zn 1.8wt％，Zr 0.2wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.12wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
有钎焊层4一侧的保护层3为第一保护层31，第一保护层31的厚度为复合材料总厚度的20％，另一侧的保护层3为第二保护层32，第二保护层32的厚度为复合材料总厚度的32％。
所述钎焊层4的材质为4047铝合金，其合金成分为Si 12.5wt％，Fe 0.6wt％，Cu0.25wt％，Zn 0.06wt％，Sr 0.01wt％，其余为Al及不可避免杂质元素；所述不可避免的杂质元素的总含量为0.13wt％，单一不可避免的杂质元素的含量均不大于0.05wt％。
所述钎焊层4的厚度为复合材料总厚度的15％。
所述复合材料的总厚度为3mm。
实施例4：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料的制备方法，所述复合材料为实施例1中的复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合材料中芯材层1两侧的结构层按顺序先依次进行热轧复合、冷轧，有钎焊4一侧的热轧复合的温度为450℃，无钎焊层4一侧的热轧复合的温度为480℃，所述冷轧过程中的每道次压下率为30％，得到厚度为1.5mm的初级复合材料；
(2)将步骤(1)得到的初级复合材料与芯材层1进行双面冷轧复合，两侧初级复合材料的中间层2与芯材层1接触，冷轧过程中首道次压下率为40％，至得到目标厚度为1.8mm的复合板材；
(3)将步骤(2)得到的复合板材进行退火热处理，热处理的温度为450℃，时间为2h，自然冷却得到所述钢铝基复合材料。
实施例5：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料的制备方法，所述复合材料为实施例2中的复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合材料中芯材层1两侧的结构层按顺序先依次进行热轧复合、冷轧，热轧复合的温度为475℃，所述冷轧过程中的每道次压下率为20％，得到厚度为0.5mm的初级复合材料；
(2)将步骤(1)得到的初级复合材料与芯材层1进行双面冷轧复合，两侧初级复合材料的中间层2与芯材层1接触，冷轧过程中首道次压下率为30％，至得到目标厚度为1mm的复合板材；
(3)将步骤(2)得到的复合板材进行退火热处理，热处理的温度为420℃，时间为3h，自然冷却得到所述钢铝基复合材料。
实施例6：
本实施例提供了一种钢铝基复合材料的制备方法，所述复合材料为实施例3中的复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合材料中芯材层1两侧的结构层按顺序先依次进行热轧复合、冷轧，有钎焊4一侧的热轧复合的温度为500℃，无钎焊层4一侧的热轧复合的温度为520℃，所述冷轧过程中的每道次压下率为40％，得到厚度为3mm的初级复合材料；
(2)将步骤(1)得到的初级复合材料与芯材层1进行双面冷轧复合，两侧初级复合材料的中间层2与芯材层1接触，冷轧过程中首道次压下率为50％，至得到目标厚度为3mm的复合板材；
(3)将步骤(2)得到的复合板材进行退火热处理，热处理的温度为480℃，时间为1.5h，自然冷却得到所述钢铝基复合材料。
对比例1：
本对比例提供了一种铝合金复合材料，所述复合材料的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：芯材层1的材质为3003铝合金，其合金组成为Si 0.6wt％，Fe 0.7wt％，Cu0.08wt％，Mn 1.2wt％，Zn 0.1wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；不包括中间层2，中间层2的厚度分配到芯材层1上。
将实施例1-3和对比例1中的复合材料进行性能测试，测试其模拟钎焊后的力学性能，并进行循环酸性海水盐雾腐蚀试验(SWAAT)，其结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1所述复合材料力学性能与盐雾腐蚀试验结果
由表1数据可知，实施例1-3中的复合材料的力学性能，如抗拉强度、屈服强度和延伸率均明显优于对比例1中的相应性能，耐腐蚀性也较强，表明本发明中通过采用钢材替代铝合金作为芯材，并经过结构层的设计，可有效提高复合材料的力学性能和耐腐蚀性。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述复合材料以钢材代替铝合金作为芯材层，可有效提高复合材料的强度等力学性能，并避免采用铝合金时容易因低熔点相的熔化而造成组织过烧、结构塌陷的问题；所述复合材料在芯材层两侧设置中间层，增强芯材层与保护层之间的结合强度，而保护层的设置也可有效提高复合材料的耐腐蚀性；所述复合材料结构明确，制备过程简单，成本较低，应用前景广阔。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细产品与方法，但本发明并不局限于上述详细产品与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细产品与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品的等效替换及辅助结构的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种钢铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料呈层状结构，包括芯材层、中间层、保护层和钎焊层，所述芯材层两侧向外均依次为中间层和保护层，所述钎焊层位于保护层的外侧，单侧设置或双侧设置；两侧中间层的厚度独立地为复合材料总厚度的2～8％，两侧保护层的厚度独立地为复合材料总厚度的20～35％，所述钎焊层的厚度独立地为复合材料总厚度的5～15％；
所述芯材层为钢材，所述中间层、保护层和钎焊层独立地为铝合金材料，所述中间层的铝合金成分包括Si 0.5～1.2wt％，Fe≤0.7wt％，Cu≤0.1wt％，Mn≤0.2wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素；所述保护层的材质为3系铝合金，其成分包括Si≤0.6wt％，Fe≤0.7wt％，Cu 0.05～0.1wt％，Mn 1.0～1.5wt％，Zn≤2.0wt％，Zr 0.05～0.2wt％，其余为Al及不可避免的杂质元素，其中钎焊层的熔点低于保护层的熔点；
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合材料中芯材层两侧的结构层按顺序先依次进行热轧复合、冷轧，所述芯材层两侧的结构层中，有钎焊层时热轧复合的温度为450～500℃，无钎焊层时热轧复合的温度为480～520℃，所述冷轧过程中的每道次压下率为20～40％，得到初级复合材料；
(2)将步骤(1)得到的初级复合材料与芯材层进行双面冷轧复合，所述冷轧复合过程中的首道次压下率为30～50％，至得到目标厚度的复合板材；
(3)将步骤(2)得到的复合板材进行退火热处理，所述热处理的温度为400～480℃，所述热处理的时间为1～3h，得到所述钢铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芯材层的钢材包括碳素钢或合金钢。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢材包括08Al钢、Q195、Q215和Q235中任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中间层的铝合金成分中不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护层的铝合金中不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钎焊层单侧设置时，有钎焊层一侧的保护层的厚度为复合材料总厚度的20～30％，另一侧保护层的厚度为复合材料总厚度的25～35％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钎焊层的材质为4系铝合金。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述钎焊层的铝合金成分包括Si 5.0～12.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu≤0.3wt％，Zn≤0.1wt％，Sr0～0.05wt％，其余为Al及不可避免杂质元素。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述钎焊层的铝合金成分中不可避免的杂质元素的总含量不大于0.15wt％，单一不可避免的杂质元素的含量不大于0.05wt％。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述热轧复合后的厚度为5～10mm。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述初级复合材料的厚度为0.15～3mm。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述双面冷轧复合时，两侧初级复合材料的中间层与芯材层接触。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述复合板材的目标厚度为0.5～3mm。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述热处理后自然冷却。
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