CN112743077A - 一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，包括以下步骤：(1)将粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧前热处理；(2)将步骤(1)热处理后的复合板进行轧制塑性变形处理；(3)将步骤(2)处理后的复合进行轧后热处理。与现有技术相比，本发明对粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧制塑性变形，使铝/镁/铝复合板在大塑性变形作用下组织结构致密化，消除孔洞和虚连、未连等缺陷，进一步促进原子间的结合。随后配合后续的热处理工艺，一方面消除轧制过程中形成的内应力，使组织发生回复再结晶，另一方面促进元素扩散，保证界面结合质量，提高塑性和界面结合强度，进一步改善铝/镁/铝复合板的综合力学性能。

Description

一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其是涉及一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法。
背景技术
为响应节能减排、绿色环保和可持续发展政策要求，以有色轻金属替代钢材的轻量化技术运应而生，其中镁合金由于地球储备含量高、绿色环保可回收而被广泛应用。镁合金比重低，比强度高，具有良好的减震阻尼性，可作为结构材料。但由于其塑性和耐蚀性较差而限制其应用。铝合金作为有色轻金属除了具有比重低、强度高的特点外，相反还具有出色的塑性和耐蚀性。因此发展制备铝/镁/铝复合板可以有效避免镁合金的易腐蚀问题，同时取长补短可以提高铝/镁/铝复合板综合力学性能。
目前铝/镁连接技术主要有爆炸焊、轧制、热压等方法。其中爆炸焊技术是通过爆炸冲击波对复合板界面施加高压，在短时间内迅速实现连接。但由于其制备过程极快导致界面连接不可控。而轧制工艺易导致铝/镁复合板出现编列，成品率低，同时铝、镁合金板易形成氧化膜，在轧制过程中在界面形成氧化夹杂，严重影响复合板界面结合质量。热压可以采用是否在界面处添加钎料以高温热扩散的方式在高压作用下实现复合板的界面连接，但对于板子的热压工艺往往其热扩散效率较低，界面结合质量较差。以上所述的铝/镁复合复合板连接技术均以铝、镁合金板的形式为基础进行连接，显然板子的连接尤其工艺上的限制性和产品质量的制约性。而粉末热压工艺制备铝/镁/铝复合板有其自身的优势。
发明内容
粉末热压法制备铝/镁复合板是通过铝、镁粉末的逐层铺粉后在进行热压实现铝/镁复合连接，由于粉末间接触面积大、流动性好，在高温高压下易实现连接，具有操作方法简单，连接质量可靠的优点。
如背景技术记载的，粉末热压法制备的铝/镁/铝复合板同样存在缺点，由于其属于粉末冶金制备方法，故得到的铝/镁/铝复合板组织结构不够致密，局部颗粒间会出现孔洞、虚连接未连接等缺陷，这严重影响铝/镁/铝复合板的强度和塑性。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法。
本发明对粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧制塑性变形，使铝/镁/铝复合板在大塑性变形作用下组织结构致密化，消除孔洞和虚连、未连等缺陷，进一步促进原子间的结合。随后配合后续的热处理工艺(退火处理)，一方面消除轧制过程中形成的内应力，使组织发生回复再结晶，另一方面促进元素扩散，保证界面结合质量，提高塑性和界面结合强度，进一步改善铝/镁/铝复合板的综合力学性能，该粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法制备工艺简单高效、成品率高，节约生产成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，包括以下步骤：
(1)将粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧前热处理；
(2)将步骤(1)热处理后的复合板进行轧制塑性变形处理；
(3)将步骤(2)处理后的复合进行轧后热处理。
优选地，步骤(1)所述轧前热处理方法为：热处理温度为300-500℃，保温时间为5-20min。由于镁塑性变形能力差，须加热到一定温度使其滑移系增加，提高塑性变形能力，减少轧制过程中导致的镁合金边裂情况。
优选地，步骤(2)所述轧制塑性变形处理方法为：轧制温度为300-500℃，轧制压下量为10-60％。轧制塑性变形处理的目的在于使铝/镁/铝复合板在大塑性变形作用下组织结构致密化，消除孔洞和虚连、未连等缺陷，进一步促进原子间的结合。
优选地，步骤(3)所述轧后热处理方法为：热处理温度为100-300℃，保温时间为0.5-8h。轧后热处理的目的在于一方面消除轧制过程中形成的内应力，使组织发生回复再结晶，另一方面促进元素扩散，保证界面结合质量，提高塑性和界面结合强度，进一步改善铝/镁/铝复合板的综合力学性能。
优选地，步骤(1)和(2)可交替循环多次，然后再进行步骤(3)。
优选地，所述粉末热压铝/镁/铝复合板的制备方法包括：
(11)分别用含铝粉末和含镁粉末按照铝/镁/铝顺序在模具内铺粉；
(12)在步骤(11)中，每铺一层粉末用压头对粉层进行预压，将粉末压平、压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；
(13)将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体进行热压复合，保压冷却，即得到铝/镁/铝复合板。
优选地，所述含铝粉末、含镁粉末目数控制在220-800目；
优选地，所述含铝粉末包括铝粉与铝合金粉末；所述含镁粉末包括镁粉与镁合金粉末；
优选地，含铝粉末的铺粉厚度为1-20mm，含镁粉末的铺粉厚度为1-20mm；
优选地，步骤(13)所述热压复合包括室温预压和高温热压，所述室温预压的压力为50-200MPa，时间为10-60s，所述高温热压的温度为300-550℃，压力为100-500MPa，时间为10-480min。
优选地，步骤(13)中热压方法为：盛有预压复合粉末块体的模具带有压头，将模具置于带有若干个加热电阻丝和热电偶的两块厚钢板之间，周围用石棉围堵，防止散热；所述厚钢板外侧均放置云母板绝热，且其中一块云母板置于热压装置的压机压头，另一块云母板置于热压装置的压机底座上。
优选地，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括钎料增强界面的铝/镁/铝复合板，钎料增强界面的铝/镁/铝复合板是指步骤(11)中在铝/镁界面处添加钎料，所述钎料包括Cu钎料、Ni钎料或Zn钎料，所述Cu钎料选自纯铜箔或铜基钎料，所述Ni钎料选自纯镍箔或镍基钎料，所述Zn钎料选自锌铜箔或锌基钎料，所述钎料铺层厚度为0.1-0.5mm。
优选地，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括插销式结构的铝镁铝复合板或界面结构设计的铝/镁/铝复合板，
优选地，所述插销式结构的铝镁铝复合板是指步骤(12)完成以后步骤(13)开始前，将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体中插入金属销钉，使其没入复合粉末块体内，并将其压实；所述金属销钉长度小于复合板厚度，所述金属销钉选择直径为1-10mm圆棒，所述金属销钉的总圆截面积占复合板面积的50％以内；所述金属销钉选择铝合金、镁合金、铜合金或钛合金中的一种或几种。
优选地，所述界面结构设计的铝/镁/铝复合板是指步骤(12)采用以下工艺：在步骤(11)中，每铺一层粉末用预制形状的磨具压头对粉层进行预压，在界面上压制预制形状压花，并将粉末压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；所述预制压头形状主要包括齿形、方波形和正弦波形。
优选地，本发明所述的粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法还适用于粉末热压铝/镁/铜复合板，也就是说，本发明中铝/镁/铝复合板可由铝/镁/铜复合板替换。
本发明还提供采用所述后处理方法得到的粉末热压铝/镁/铝复合板。
与现有技术相比，本发明与的有益效果在于：
对粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧制塑性变形，使铝/镁/铝复合板在大塑性变形作用下组织结构致密化，消除孔洞和虚连、未连等缺陷，进一步促进原子间的结合。随后配合后续的热处理工艺(退火处理)，一方面消除轧制过程中形成的内应力，使组织发生回复再结晶，另一方面促进元素扩散，保证界面结合质量，提高塑性和界面结合强度，进一步改善铝/镁/铝复合板的综合力学性能，该粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法制备工艺简单高效、成品率高，节约生产成本。
附图说明
图1为后处理的粉末热压铝/镁/铝复合板。
图2为轧制前的粉末热压铝/镁/铝复合板的镁层组织。
图3为轧制后的粉末热压铝/镁/铝复合板的组织。
图4为后处理的粉末热压铝/镁/铝复合板的弯曲曲线。
图5为后处理的粉末热压铝/镁/铝复合板的弯曲宏观形貌。
图6为后处理的粉末热压铝/镁/铝复合板的弯曲微观形貌。
图7为粉末热压成型设备结构示意图。
具体实施方式
一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，包括以下步骤：
(1)将粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧前热处理；
(2)将步骤(1)热处理后的复合板进行轧制塑性变形处理；
(3)将步骤(2)处理后的复合进行轧后热处理。
在其中一个实施方式中，步骤(1)所述轧前热处理方法为：热处理温度为300-500℃，保温时间为5-20min。由于镁塑性变形能力差，须加热到一定温度使其滑移系增加，提高塑性变形能力，减少轧制过程中导致的镁合金边裂情况。
在其中一个实施方式中，步骤(2)所述轧制塑性变形处理方法为：轧制温度为300-500℃，轧制压下量为10-60％。轧制塑性变形处理的目的在于使铝/镁/铝复合板在大塑性变形作用下组织结构致密化，消除孔洞和虚连、未连等缺陷，进一步促进原子间的结合。
在其中一个实施方式中，步骤(3)所述轧后热处理方法为：热处理温度为100-300℃，保温时间为0.5-8h。轧后热处理的目的在于一方面消除轧制过程中形成的内应力，使组织发生回复再结晶，另一方面促进元素扩散，保证界面结合质量，提高塑性和界面结合强度，进一步改善铝/镁/铝复合板的综合力学性能。
在其中一个实施方式中，步骤(1)和(2)可交替循环多次，然后再进行步骤(3)。
在其中一个实施方式中，所述粉末热压铝/镁/铝复合板的制备方法包括：
(11)分别用含铝粉末和含镁粉末按照铝/镁/铝顺序在模具内铺粉；
(12)在步骤(11)中，每铺一层粉末用压头对粉层进行预压，将粉末压平、压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；
(13)将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体进行热压复合，保压冷却，即得到铝/镁/铝复合板。
在其中一个实施方式中，所述含铝粉末、含镁粉末目数控制在220-800目；所述含铝粉末包括铝粉与铝合金粉末；所述含镁粉末包括镁粉与镁合金粉末；含铝粉末的铺粉厚度为1-20mm，含镁粉末的铺粉厚度为1-20mm；步骤(13)所述热压复合包括室温预压和高温热压，所述室温预压的压力为50-200MPa，时间为10-60s，所述高温热压的温度为300-550℃，压力为100-500MPa，时间为10-480min。
在其中一个实施方式中，步骤(13)中热压方法为：使用粉末热压成型设备进行，粉末热压成型设备如图7所示，包括压机压头1、云母板2、厚钢板3、模具压头4、模具5、电阻丝6、热电偶7及压机底座8，所述模具5用于盛放金属粉末9，所述模具压头4与模具5配合用于金属粉末9的压制，所述模具5与模具压头4置于两块厚钢板3之间，所述厚钢板3内部设置用于加热的电阻丝6与用于检测温度的热电偶7，所述云母板2设置两块，分别放置在两块厚钢板3的外侧用于绝热，其中一块云母板2置于压机压头1的下方，另一块云母板2置于压机底座8上，所述压机压头1的下压带动模具压头4下压，配合模具5实现金属粉末9的压制。所述模具压头4与模具5的周围用石棉围堵。
在其中一个实施方式中，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括钎料增强界面的铝/镁/铝复合板，钎料增强界面的铝/镁/铝复合板是指步骤(11)中在铝/镁界面处添加钎料，所述钎料包括Cu钎料、Ni钎料或Zn钎料，所述Cu钎料选自纯铜箔或铜基钎料，所述Ni钎料选自纯镍箔或镍基钎料，所述Zn钎料选自锌铜箔或锌基钎料，所述钎料铺层厚度为0.1-0.5mm。
在其中一个实施方式中，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括插销式结构的铝镁铝复合板或界面结构设计的铝/镁/铝复合板，
在其中一个实施方式中，所述插销式结构的铝镁铝复合板是指步骤(12)完成以后步骤(13)开始前，将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体中插入金属销钉，使其没入复合粉末块体内，并将其压实；所述金属销钉长度小于复合板厚度，所述金属销钉选择直径为1-10mm圆棒，所述金属销钉的总圆截面积占复合板面积的50％以内；所述金属销钉选择铝合金、镁合金、铜合金或钛合金中的一种或几种。
在其中一个实施方式中，所述界面结构设计的铝/镁/铝复合板是指步骤(12)采用以下工艺：在步骤(11)中，每铺一层粉末用预制形状的磨具压头对粉层进行预压，在界面上压制预制形状压花，并将粉末压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；所述预制压头形状主要包括齿形、方波形和正弦波形。
在其中一个实施方式中，本发明所述的粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法还适用于粉末热压铝/镁/铜复合板，也就是说，本发明中铝/镁/铝复合板可由铝/镁/铜复合板替换。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例对由粉末热压法制备的AlSi10Mg/AZ31/AlSi10Mg复合板进行后处理。
其中，粉末热压法制备的AlSi10Mg/AZ31/AlSi10Mg复合板通过以下方法制备得到：
分别选用400目的AZ31镁合金粉和AlSi10Mg铝合金粉，按照铝/镁/铝顺序在模具中进行逐层铺粉，每层粉铺层厚度为5mm，并对在每层铺完粉后将其压平、压实，得到预压复合粉末块体。
将盛有预压复合粉末块体的模具置于带有若干个加热电阻丝和热电偶的两块后钢板之间，周围用石棉围堵，以防止散热，厚钢板外侧均放置云母板隔热，且其中一块云母板置于所述的热压装置的压机压头，另一块云母板置于所述的热压装置的压机底座上。
上述操作完毕后，开始对预压复合粉末块体进行热压，首先在室温下进行预压，压强为100MPa，保压30s。然后开始加热，当温度到达450℃后，将压强增加到500MPa，保压1h，随后关闭加热装置冷却至室温，此时压力保持不变，直至冷却至室温结束，得到AlSi10Mg/AZ31/AlSi10Mg复合板。
对由粉末热压法制备的AlSi10Mg/AZ31/AlSi10Mg复合板进行后处理方法为：
首先进行轧前热处理，热处理温度为400℃，保温15min。
随后迅速取出进行轧制塑性变形处理，轧制压下量为30％，然后放入热处理炉在400℃下保温5min，进一步轧制，压下量为50％。
将轧好的铝/镁/铝复合板进行放入热处理炉，进行轧后退火热处理，热处理温度为100℃，保温1h，然后随炉冷却。
通过上述对粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法可以得到界面结合良好、综合力学性能优良的铝/镁/铝复合板。
对本实施例所得的铝/镁/铝复合板进行抗拉强度、伸长率、抗弯强度、界面剪切强度的性能测试，其中，抗拉强度、伸长率、抗弯强度、界面剪切强度的性能测试方法采用本领域标准测试方法进行测试。
本实施例所得的铝/镁/铝复合板的相关性能如下表所示：
Figure BDA0002254104340000071
图1为轧制后得到的粉末热压铝/镁/铝复合板。图2为轧制前镁层组织，可以看出该组织较为疏松，呈大块颗粒相。图3为轧制后的复合板组织形貌，其中镁层组织呈流变织构，组织结构更为致密。图4为后处理的粉末热压铝/镁/铝复合板弯曲曲线，可以看到该复合板具有较好的抗弯强度和塑性，抗弯强度达500MPa，从图5的弯曲宏观形貌可以看出，复合板不但没有形成界面开裂，也没有断裂，从图6的弯曲微观形貌可以看到只是在外侧铝层出现开裂，这说明后处理可以有效提高粉末热压铝/镁/铝复合板塑性和界面结合强度。
与传统轧制、爆炸焊相比的优点，通过上述粉末热压方法指的复合板的优点在于：强度高、塑性好、无分层、界面结合质量好、变形协调性好。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将粉末热压铝/镁/铝复合板进行轧前热处理；
(2)将步骤(1)热处理后的复合板进行轧制塑性变形处理；
(3)将步骤(2)处理后的复合进行轧后热处理。
2.根据权利要求1所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，步骤(1)所述轧前热处理方法为：热处理温度为300-500℃，保温时间为5-20min。
3.根据权利要求1所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，步骤(2)所述轧制塑性变形处理方法为：轧制温度为300-500℃，轧制压下量为10-60％。
4.根据权利要求1所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，步骤(3)所述轧后热处理方法为：热处理温度为100-300℃，保温时间为0.5-8h。
5.根据权利要求1所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，步骤(1)和(2)交替循环多次，然后再进行步骤(3)。
6.根据权利要求1所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，所述粉末热压铝/镁/铝复合板的制备方法包括：
(11)分别用含铝粉末和含镁粉末按照铝/镁/铝顺序在模具内铺粉；
(12)在步骤(11)中，每铺一层粉末用压头对粉层进行预压，将粉末压平、压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；
(13)将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体进行热压复合，保压冷却，即得到铝/镁/铝复合板。
7.根据权利要求6所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，所述含铝粉末、含镁粉末目数控制在220-800目；
所述含铝粉末包括铝粉与铝合金粉末；所述含镁粉末包括镁粉与镁合金粉末；
含铝粉末的铺粉厚度为1-20mm，含镁粉末的铺粉厚度为1-20mm；
步骤(13)所述热压复合包括室温预压和高温热压，所述室温预压的压力为50-200MPa，时间为10-60s，所述高温热压的温度为300-550℃，压力为100-500MPa，时间为10-480min。
8.根据权利要求6所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括钎料增强界面的铝/镁/铝复合板，
钎料增强界面的铝/镁/铝复合板是指步骤(11)中在铝/镁界面处添加钎料，所述钎料包括Cu钎料、Ni钎料或Zn钎料，所述Cu钎料选自纯铜箔或铜基钎料，所述Ni钎料选自纯镍箔或镍基钎料，所述Zn钎料选自锌铜箔或锌基钎料，所述钎料铺层厚度为0.1-0.5mm。
9.根据权利要求6所述一种粉末热压铝/镁/铝复合板的后处理方法，其特征在于，所述粉末热压铝/镁/铝复合板还包括插销式结构的铝镁铝复合板或界面结构设计的铝/镁/铝复合板，
所述插销式结构的铝镁铝复合板是指步骤(12)完成以后步骤(13)开始前，将步骤(12)处理后的预压复合粉末块体中插入金属销钉，使其没入复合粉末块体内，并将其压实；所述金属销钉长度小于复合板厚度，所述金属销钉选择直径为1-10mm圆棒，所述金属销钉的总圆截面积占复合板面积的50％以内；所述金属销钉选择铝合金、镁合金、铜合金或钛合金中的一种或几种；
所述界面结构设计的铝/镁/铝复合板是指步骤(12)采用以下工艺：在步骤(11)中，每铺一层粉末用预制形状的磨具压头对粉层进行预压，在界面上压制预制形状压花，并将粉末压实，最终形成一定层厚的预压复合粉末块体；所述预制压头形状主要包括齿形、方波形和正弦波形。
10.通过如权利要求1-9任一项所述后处理方法得到的粉末热压铝/镁/铝复合板。
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