CN112828037B - 一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超薄铝镁层状复合材料的制备方法，属于铝镁复合材料技术领域。所述制备方法包括铝合金粉末和镁合金粉末压制成形、预烧结、复合轧制以及后处理工艺；其中铝合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500‑630℃、时间大于等于60分钟；镁合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500‑630℃、时间大于等于60分钟；复合轧制时，控制温度为270～450℃、优选为275～350℃，复合轧制时，单道次压下量为30‑80％；当复合轧制的温度低于310℃时，单道次压下量为40‑80％。本发明首次在低温条件(低于300摄氏度)，得到了性能优越的铝镁层状复合材料。同时，还实现了低温热轧条件下，产品成品率的大幅提升。

Description

一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种超薄铝镁层状复合材料的制备方法，属于铝镁复合材料技术领域。
背景技术
单一金属材料受到自身特性的限制难以满足特殊的性能要求，而复合材料可以实现组元材料性能上的互补，使得整体材料呈现出更好的物理、化学性能和力学性能，极大的拓展了材料的应用领域。铝合金与镁合金作为常见的轻质金属材料，在应用领域上具有重叠性，因此开展铝镁复合材料的研究，综合两者优异性能，对铝、镁材料的应用领域具有重要意义。铝镁复合材料凭借轻质高强、空间适应性好等特点，在汽车工业和航空航天领域有一定应用，然而其连接可靠性仍存在一些问题。如果能解决铝、镁复合的关键问题，必将使材料的应用提升到一个新的高度。
实现异种材料的复合，通常要使材料间发生一系列的物理、化学反应，异种材料间的复合要比同种材料更加困难，这是由于不同母料间的理化特性不同，可能导致在复合过程中存在一些困难。对于铝镁异种金属的复合，同样存在一系列问题。由铝、镁两种元素基本的物理、化学性质可知，铝和镁具有不同的晶体结构，这导致铝和镁的相溶性较差，容易形成金属间化合物。根据铝-镁二元相图，可知室温下稳定存在的铝镁金属间化合物主要为两种，分别是Al3Mg2和Al12Mg17，这两种化合物具有高硬度、高脆性的特征，容易引起复合界面的失效。此外铝、镁在热物性能上的差异会导致冷却过程中热应力分布不均的情况，易使结合区域萌生裂纹。铝和镁均属于化学性质较为活泼的元素，铝合金和镁合金在空气中易被氧化，在其表面会形成氧化膜阻碍铝镁间的连接，导致铝镁结合不紧密，结合强度较低。针对这些难点及问题，学者们对铝镁复合材料的制备方法进行了不断的尝试和改进，寻找合适的制备技术以满足高效率、低成本、高质量的生产需求。
层状复合材料的制备方法根据复合组元的状态可分为三类：固-固复合法、固-液复合法和液-液复合法。常见的固-固相复合法包括轧制复合法、爆炸复合法、扩散连接法、等径角挤压等，固-液复合法包括喷射沉积法、反向凝固法、钎焊复合法等，而液-液复合法则包括传统熔化焊、激光熔覆法、自蔓延高温合成法等。相比较而言，轧制复合的优势是工艺简单，生产灵活；自动化程度高，适合批量生产；生产成本低，效率高，质量好；可生产的金属板材尺寸范围广等。东北大学陈飞帆等人研究了1060-Al/AZ31-Mg复合热轧工艺，发现轧制温度为400℃时获得的Al-Mg复合板复合界面的剪切强度最高，其在退火2h后的剪切强度达到7.5MPa。燕山大学张东浩等人研究了AA 6061-Al/AZ31B/AA 6061-Al叠层复合板的轧制工艺，结果发现轧制温度为400℃时，复合质量较好，且随着轧制复合变形量从22％增加到54％时，制备的AA 6061-Al/AZ31B/AA 6061-Al复合板的结合强度范围为16～54MPa。本专利作者前期研究了采用粉末冶金法一步成形-烧结制备2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料，实验结果表明在525℃下烧结获得的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料的界面结合强度最大，其值为31.13MPa，但由于烧结温度低，未能使2A12铝合金基体实现完全致密化，因而导致基体的强度较低。同样，我们团队的另一项研究工作是通过放电等离子烧结(SPS)制备2A12-Al/AZ61-Mg层状复合材料，由于SPS的自身特点，其制备的2A12-Al/AZ61-Mg复合材料的界面厚度较薄，且结合强度较高。当烧结温度为440℃，烧结压力为40MPa，保温1min时制备的Al/Mg复合界面的剪切强度最大，可达59.96MPa。然而，由于SPS的烧结时间短，导致铝基体和镁基体的强度较低，尤其是镁基体的。当在440℃下，烧结压力为10～40MPa时，铝基体的强度最大为213.06MPa，而镁基体的强度最大仅为66.56MPa；当在440℃下，烧结时间为1～7min时，铝基体的强度最大为233.81MPa，而镁基体的强度最大仅为47.10MPa。
综上所述，从目前的研究现状来看，通过铸态合金板材复合而成的层状复合版虽然其各自基体合金的强度较高，但是其界面结合强度较弱；而采用粉末冶金法制备的层状复合材料虽然其界面结合强度较铸态的高，但是其基体强度又比较弱。所以，急需寻求一种既能获得高的界面结合强度、又能进一步提高各自基体强度的层状复合材料的制备方法。
有鉴于此，如果将轧制与粉末冶金方法相结合，则制备的层状复合材料既具有粉末冶金材料的优势，比如晶粒细小，成分均匀、无偏析，又具有轧制复合的特点，比如界面结合质量高，组织致密。同时，经过轧制能使Al、Mg基体的致密度和强度提高。
鉴于此，本发明提出将粉末冶金工艺与轧制复合工艺相结合制备界面结合质量高的高性能铝镁层状复合材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种超薄粉末冶金铝镁层状复合材料的制备方法，能够兼具粉末冶金材料的优势和轧制复合的特点，既能有效改善材料的组织均匀性，避免成分偏析、夹杂等缺陷，从而制备高性能铝镁层状复合材料，又能克服粉末冶金材料致密度低、强度低等缺陷。其制备工艺简便，应用更灵活、经济，能快速批量生产高质量铝镁层状复合材料。
在本发明的研发过程中，遇到最难以解决的问题为如何在较低的轧制温度下实现铝、镁界面的高质量复合，以及如何得到高成品率、高质量的产品。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案，包括铝合金粉末、镁合金粉末的压制成形、预烧结、表面处理、热轧和后处理(退火)；所述表面处理是将铝合金和镁合金待复合面进行打磨、清洗、粗化处理，并将表面粗化处理的两种材料叠放在一起，两端用细铁丝或铆钉固定；所述热轧主要包括只对轧辊加热或只对样品加热或轧辊和样品同时加热，轧制复合压下量为30～80％；所述后处理是对轧制复合的铝镁合金进行退火处理。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，包括铝合金粉末和镁合金粉末压制成形、预烧结、轧制复合以及后处理工艺；其中铝合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500-630℃、时间大于等于60分钟；镁合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500-630℃、时间大于等于60分钟；
当铝合金烧结坯的厚度分别大于5mm时，将铝合金烧结坯在25～450℃下轧制至厚度小于5mm，当镁合金烧结坯厚度大于5mm时，将镁合金烧结坯在250～450℃下轧制至厚度小于5mm；
所述轧制复合是对厚度小于等于5mm的铝合金和厚度小于等于5mm的镁合金进行复合轧制；复合轧制时，控制温度为270～450℃、优选为275～350℃，复合轧制时，单道次压下量为30-80％；当复合轧制的温度低于310℃时，单道次压下量为40-80％。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，铝合金粉末的粒度为10-165微米，粉末形貌为球形、近球形或不规则形；镁合金粉末的粒度为10-165微米，粉末形貌为球形、近球形或不规则形。在本发明中铝合金粉末、镁合金粉末可选用现有技术制备。如水雾化法、气雾化法等。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，铝合金粉末和镁合金粉末压制成形的压力为200-600MPa、优选为200～400MPa；保压时间为6-20s、优选为8～15s；
铝合金粉末和镁合金粉末压制成形所得压坯的厚度为1-15mm；
铝合金粉末和镁合金粉末压制成形所得压坯形状为正方形或者长方形；
铝合金、镁合金压坯烧结时间为60～180分钟；
铝合金、镁合金压坯烧结压力为1-15MPa；
铝合金、镁合金压坯烧结气氛为真空环境(真空度为1*10-1～1*10-3)；
烧结后铝合金、镁合金烧结坯厚度为1～14mm。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其中铝合金压坯的烧结温度优选为550-625℃，镁合金压坯的烧结温度优选535-575℃；压坯烧结压力均为1-15MPa；烧结后铝合金、镁合金烧结坯厚度均为1～14mm。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，复合轧制前先对铝合金和镁合金烧结坯待复合面进行打磨，采用一系列不同目数的水磨砂纸进行打磨，并在丙酮或者无水乙醇中超声清洗至少10分钟，然后用钢丝刷将铝合金和镁合金待复合面打磨粗化，将铝、镁叠层放在一起并用铆钉或者细铁丝将两端固定。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，烧结态铝合金、镁合金的轧制复合采用两辊或四辊轧机轧制；
热轧主要包括三种：①只对材料进行加热，②轧辊加热，③轧辊和材料同时加热。当所用轧辊直径为20cm时，轧辊转速为1转/10秒，采用其他直径的轧辊时，转速等比例调整。在本发明中，转速的等比例调整是指按照恒定的线速度进行调整。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，轧制后进行矫直。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，热轧后的铝镁层状复合材料在保护气氛下进行进行退火，退火温度为200～450℃，退火时间为30～300分钟；所述保护气氛选自氩气气氛、真空气氛中的至少一种；
所述的铝镁层状复合板经过退火后的最终成品厚度为0.3～4.0mm。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，当铝合金粉末为2A12铝合金粉末,、镁合金粉末为AZ31镁合金粉末时，以200-600MPa的压制压力压制成形得到厚度为1-15mm的正方形或长方形铝合金和镁合金压坯；然后在真空条件下，其中铝合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500-630℃、优选为550-625℃，时间为60-180分钟；镁合金粉末压制成形后进行预烧结时，控制温度为500-630℃、优选535-575℃，时间为60-180分钟；分别得到铝合金烧结坯和镁合金烧结坯；
当铝合金烧结坯和/或镁合金烧结坯厚度分别大于5mm时，先对铝合金烧结坯和镁合金烧结坯进行单独轧制；铝合金烧结坯在25～450℃下轧制至厚度小于5mm，镁合金烧结坯在250～450℃下轧制至厚度小于5mm；其中，单道次轧制压下量为5～80％、优选为10～60％、进一步优选为20～40％；随后将厚度小于5mm的铝合金和镁合金轧制坯的表面依次进行打磨、超声清洗、粗化处理，并将表面处理后的铝、镁材料叠放在一起，两端用细铁丝或铆钉固定；然后在250～450℃、优选为275-424℃、进一步优选为275-350℃下进行复合轧制，复合轧制时，首次压下量为30-80％、优选为40-80％；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为200～450℃、优选为200-400℃、进一步优选为250-350℃，退火时间为30～300分钟。在工程应用时，当复合轧制的温度低于310℃时，单道次压下量为40-80％。
当铝合金烧结坯和镁合金烧结坯厚度分别小于5mm时，直接对铝合金、镁合金烧结坯的表面依次进行打磨、超声清洗、粗化处理，然后将两者叠放在一起，并将两端用细铁丝或铆钉固定；在250～450℃、优选为275-425℃、进一步优选为275-350℃下进行复合轧制，复合轧制时，首次压下量为30-80％、优选为40-80％；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为200～450℃、优选为200-400℃、进一步优选为250-350℃，退火时间为30～300分钟；最终得到了铝镁复合材料的厚度为0.3～4mm；所得到的样品的整体抗拉强度为250～400MPa，界面剪切强度为30～70MPa。在工程应用时，当复合轧制的温度低于310℃时，单道次压下量为40～80％、优选为50～80％。
优化后，本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，产品的成品率大于等于95％，抗拉强度比烧结态镁合金的强度提升50％以上。
本发明一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，当铝合金粉末为250～300目、水雾化法制备的球形2A12铝合金粉，镁合金粉末为200～300目、高纯氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉时；以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为2.5mm的正方形或长方形2A12铝合金压坯和AZ31镁合金压坯；然后，2A12铝合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结120min；采用同样地设备，AZ31镁合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结120min；随后，用一系列目数的水磨砂纸分别将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的表面打磨，并在无水乙醇中超声清洗，吹干后的表面用钢丝刷粗化处理，并将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯叠放在一起，两端用细铁丝固定；将处理好的材料在两辊或四辊轧机上进行复合热轧，轧制复合温度为275℃、轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；道次轧制压下量为30％～80％、优选为40～80％；随后采用小变形量将复合板材校平，并在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为350℃，退火时间为60分钟；所得到的样品的整体抗拉强度为250～400MPa，界面剪切强度为30～70MPa；
或
当铝合金粉末为250～300目、水雾化法制备的球形2A12铝合金粉，镁合金粉末为200～300目、高纯氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉时；以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为10mm的正方形或长方形2A12铝合金压坯和AZ31镁合金压坯；然后，在真空条件下，分别于550℃下对铝合金和镁合金成形坯进行加压烧结120min，烧结压力为10MPa；由于铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的厚度均大于5mm，此时先对铝合金烧结坯和镁合金烧结坯分别进行单独轧制，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；其中，铝合金烧结坯在25℃下轧制至厚度小于5mm，镁合金烧结坯在275℃下轧制至厚度小于5mm；铝合金的单道次轧制压下量均为10％；镁合金的单道次轧制压下量均为20％；然后，对铝合金、镁合金烧结坯的表面采用不同目数的水磨砂纸依次进行打磨，并在丙酮或无水乙醇中超声清洗15分钟，采用钢丝刷对清洗后的表面进行粗化处理，使其表面布满划痕，再将两者叠放在一起，并将两端用细铁丝或铆钉固定；在轧辊自加热的两辊轧机上在275℃下进行热轧制复合，首道次压下量为40％～80％，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm，一直轧制至厚度略大于目标板材的厚度，再在较小的压下量下对板材进行矫直；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为300℃，退火时间为60分钟；最终得到了厚度为4mm的铝镁复合材料；所得到的样品的整体抗拉强度为335.1MPa，界面剪切强度为54.7MPa。优化后产品的成品率大于等于95％，经进一步优化后，产品的成品率大于等于97％。
或
当铝合金粉末原料为250～300目、水雾化法制备的球形7055铝合金粉末，镁合金粉末原料为200～300目、氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉末时，其制备方法为：以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为3mm的正方形或长方形铝合金压坯和镁合金压坯；然后，7055铝合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结100min；采用同样地设备，AZ31镁合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结90min；随后，用一系列目数的水磨砂纸分别将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的表面打磨，并在无水乙醇中超声清洗，吹干后的表面用钢丝刷粗化处理，并将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯叠放在一起，两端用细铁丝固定；将处理好的材料在两辊或四辊轧机上进行热轧，轧制复合温度为275℃；道次轧制压下量为40％～80％；随后采用小变形量将复合板材校平，并在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为200～450℃、优选为300℃，退火时间为30～300分钟；最终，所得到的样品的整体抗拉强度为250～400MPa，界面剪切强度为30～70MPa。优化后产品的成品率大于等于95％、进一步优化后产品的成品率大于等于97％。
作为优选工艺，本发明复合轧制时，调整轧辊转速至最低或者较低。当所用轧辊直径为20cm时，轧辊转速为1转/10秒。在本发明复合轧制时，选用较低的转速以使样品能充分受热，且晶粒能充分变形。当复合轧制的温度低于310℃时，单道次压下量为50-80％，这关系到产品的成品率。
本发明在工程上应用时，铝合金粉末和镁合金粉末的压制成形是采用单柱液压机或四柱液压机进行成形。在应用时，压制压力和压制时间根据粉末坯料的直径和厚度来决定。
在本发明中，采用小变形量将复合板材校平，采用的是现有校平技术。
本发明通过在控制复合轧制时首道次压下量、轧辊转速(所用轧辊直径为20cm时，轧辊转速为1转/10秒)以及其他条件的协同作用下，克服了异种材料界面结合难，且界面结合质量差等难题，实现了烧结态铝合金与烧结态镁合金的界面的低温复合，并获得了较高的界面结合质量以及优异的综合性能，极大地提升了产品的成品率以及所得成品的质量。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种超薄粉末冶金铝镁层状复合材料的制备方法能够快速高效的生产高质量铝镁层状复合薄板材，其工艺简便，应用灵活、经济，原材料利用率高，设备要求低，工序少，而且所获材料界面质量高，组织细小均匀，无偏析。此方法能够有效改善板材的组织均匀性，避免成分偏析、夹杂等缺陷，从而达到改善成品板材加工性能和力学性能的目的。通过本方法生产的0.3～4.0mm规格的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合薄板材抗拉强度为250～400MPa。
本发明首次在低温条件(低于300摄氏度)，得到了性能优越的铝镁层状复合材料。同时，还实现了低温热轧条件下，产品成品率的大幅提升(经进一步优化后，产品的成品率可进一步提升至99％)。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释：
图1铝镁层状复合材料制备工艺流程；
图2轧制温度为275℃时，不同单道次压下量下Al/Mg轧制复合后的宏观形貌；
图3在275℃下首道次压下量为40％时，不同道次下Al/Mg轧制复合后的宏观形貌；
图4不同压下量下Al/Mg层状复合材料在300℃退火后的整体抗拉强度；
图5不同压下量下Al/Mg层状复合材料在300℃退火后界面剪切强度；
图6 435℃下烧结的2A12铝合金轧制后的宏观形貌；
图7较高的轧辊转速下轧制的AZ31镁合金的宏观形貌。
其中，图2～图5为实施系列案例1所得产品的宏观形貌；图6为对比例1所得产品；图7为对比例3所得产品。
从图1可以看出本发明的设计流程。
从图2可以看出实施系列案例1中，当热轧复合的轧制温度为275℃时，不同单道次压下量下Al/Mg轧制复合后，产品的宏观形貌。
从图3可以了看出：在275℃下首道次压下量为40％时，不同道次下Al/Mg轧制复合后，产品的宏观形貌。
从图4中可以看出，不同压下量下Al/Mg层状复合材料在300℃退火后的整体抗拉强度；其中，1、2号为首道次30％压下量的样品；3、4为首道次40％压下量的样品；5、6为首道次50％压下量的样品。
从图5中可以看出不同压下量下Al/Mg层状复合材料在300℃退火后界面剪切强度。
从图6中可以看出，435℃下烧结的2A12铝合金轧制后的宏观形貌。
从图7中可以看出，较高的轧辊转速下轧制的AZ31镁合金的宏观形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施系列案例1：
例如：制备厚度为0.5mm的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目近球形2A12铝合金粉和唐山威豪镁粉有限公司生产的200～300目球形AZ31镁合金粉为原料粉末(其化学成分符合GB/T3190的规定)。首先，称取相应重量的2A12铝合金粉和AZ31镁合金粉，采用单柱或四柱液压机在200～600MPa的压力下分别压制成形3mm厚的方坯；随后，在真空条件下(真空度为1*10-1～1*10-3)，分别于550℃下对铝合金和镁合金成形坯进行加压烧结120min，烧结压力为10MPa；然后，对铝合金、镁合金烧结坯的表面采用不同目数的水磨砂纸依次进行打磨，并在丙酮或无水乙醇中超声清洗10～20分钟，采用钢丝刷对清洗后的表面进行粗化处理，使其表面布满划痕，再将两者叠放在一起，并将两端用细铁丝或铆钉固定；在轧辊自加热的两辊轧机上在275℃下进行热轧制复合，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm，首道次压下量为20％、30％、40％、50％，一直轧制至厚度略大于目标板材的厚度，再在较小的压下量下对板材进行矫直；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为350℃，退火时间为60分钟；最终得到了厚度为0.5mm的铝镁复合材料；其中，复合轧制时，首次压下量为50％所得到的样品的整体抗拉强度为287MPa，界面剪切强度为43.2MPa；产品的成品率大于等于98％。其中，复合轧制时，首次压下量为20％、30％的产品基本报废；其中，复合轧制时，首次压下量为40％的产品，其成品率低于首次压下量为50％的产品。
实施例2：
例如：制备厚度为4mm的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2A12铝合金粉和拓普金属材料有限公司生产的150目不规则形状AZ31镁合金粉为原料粉末(其化学成分符合GB/T3190的规定)。首先，称取相应重量的2A12铝合金粉和AZ31镁合金粉，采用单柱或四柱液压机在400MPa的压力下分别压制成形10mm厚的方坯；随后，在真空条件下(真空度为1*10-1～1*10-3)，分别于550℃下对铝合金和镁合金成形坯进行加压烧结120min，烧结压力为10MPa；由于铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的厚度均大于5mm，此时先对铝合金烧结坯和镁合金烧结坯分别进行单独轧制，轧辊转速为1转/10秒；其中，铝合金烧结坯在25℃下轧制至厚度小于5mm，镁合金烧结坯在275℃下轧制至厚度小于5mm；铝合金的单道次轧制压下量均为10％；镁合金的单道次轧制压下量均为20％；然后，对铝合金、镁合金烧结坯的表面采用不同目数的水磨砂纸依次进行打磨，并在丙酮或无水乙醇中超声清洗15分钟，采用钢丝刷对清洗后的表面进行粗化处理，使其表面布满划痕，再将两者叠放在一起，并将两端用细铁丝或铆钉固定；在轧辊自加热的两辊轧机上在275℃下进行热轧制复合，首道次压下量为40％，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；一直轧制至厚度略大于目标板材的厚度，再在较小的压下量下对板材进行矫直；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为300℃，退火时间为60分钟；最终得到了厚度为4mm的铝镁复合材料；所得到的样品的整体抗拉强度为335.1MPa，界面剪切强度为54.7MPa；产品的成品率大于等于97％。
实施例3:
例如：制备1mm的6082-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于铝合金粉末原料不同。所得到的样品的整体抗拉强度为315.8MPa，界面剪切强度为49.2MPa；产品的成品率大于等于97％。
实施例4：
例如：制备0.8mm的2A12-Al/AZ61-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于镁合金粉末原料不同。所得到的样品的整体抗拉强度为355.6MPa，界面剪切强度为51.9MPa；产品的成品率大于等于97％。
实施例5：例如：制备厚度为0.5mm的7055-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于铝合金粉末原料不同。所得到的样品的整体抗拉强度为384.1MPa，界面剪切强度为54.7MPa；产品的成品率大于等于96％。
对比例1
例如：制备厚度为4mm的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于2A12铝合金和AZ31镁合金压坯的烧结温度分别为480℃和450℃，结果在对铝合金和镁合金单一材料轧制过程中其分别发生开裂，使其无法进一步进行轧制复合。
对比例2
例如：制备厚度为0.5mm的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于2A12铝合金和AZ31镁合金轧制复合的轧辊转速为1转/3秒，结果如图7所示，在轧制过程中，镁合金因受热补充，且晶粒变形不充分，从而导致其出现人字形开裂。
对比例3
例如：制备厚度为4mm的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于2A12铝合金和AZ31镁合金轧制复合温度为200℃，结果发现镁合金出现了严重的开裂现象，因此无法制备得到高质量的2A12-Al/AZ31-Mg层状复合材料板带材。

Claims (7)

1.一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：包括铝合金粉末和镁合金粉末压制成形、预烧结、轧制复合以及后处理工艺；
当铝合金粉末为250～300目、水雾化法制备的球形2A12铝合金粉，镁合金粉末为200～300目、高纯氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉时；以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为2.5mm的正方形或长方形2A12铝合金压坯和AZ31镁合金压坯；然后，2A12铝合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结120min；采用同样地设备，AZ31镁合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结120min；随后，用一系列目数的水磨砂纸分别将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的表面打磨，并在无水乙醇中超声清洗，吹干后的表面用钢丝刷粗化处理，并将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯叠放在一起，两端用细铁丝固定；将处理好的材料在两辊或四辊轧机上进行热轧，轧制复合温度为275℃、轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；道次轧制压下量为30％～80％；随后采用小变形量将复合板材校平，并在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为350℃，退火时间为60分钟；所得到的样品的整体抗拉强度为250～400MPa，界面剪切强度为30～70MPa。
2.根据权利要求1所述的一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：轧制复合时，道次轧制压下量为40-80％。
3.一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：包括铝合金粉末和镁合金粉末压制成形、预烧结、轧制复合以及后处理工艺；
当铝合金粉末为250～300目、水雾化法制备的球形2A12铝合金粉，镁合金粉末为200～300目、高纯氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉时；以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为10mm的正方形或长方形2A12铝合金压坯和AZ31镁合金压坯；然后，在真空条件下，分别于550℃下对铝合金和镁合金成形坯进行加压烧结120min，烧结压力为10MPa；由于铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的厚度均大于5mm，此时先对铝合金烧结坯和镁合金烧结坯分别进行单独轧制，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；其中，铝合金烧结坯在25℃下轧制至厚度小于5mm，镁合金烧结坯在275℃下轧制至厚度小于5mm；铝合金的单道次轧制压下量均为10％；镁合金的单道次轧制压下量均为20％；然后，对铝合金、镁合金烧结坯的表面采用不同目数的水磨砂纸依次进行打磨，并在丙酮或无水乙醇中超声清洗15分钟，采用钢丝刷对清洗后的表面进行粗化处理，使其表面布满划痕，再将两者叠放在一起，并将两端用细铁丝或铆钉固定；在轧辊自加热的两辊轧机上在275℃下进行热轧制复合，首道次压下量为30％～80％，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm，一直轧制至厚度略大于目标板材的厚度，再在较小的压下量下对板材进行矫直；最后，在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为300℃，退火时间为60分钟；最终得到了厚度为4mm的铝镁复合材料；所得到的样品的整体抗拉强度为335.1MPa，界面剪切强度为54.7MPa。
4.根据权利要求3所述的一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：轧制复合时，道次轧制压下量为40-80％。
5.一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：包括铝合金粉末和镁合金粉末压制成形、预烧结、轧制复合以及后处理工艺；
当铝合金粉末原料为250～300目、水雾化法制备的球形7055铝合金粉末，镁合金粉末原料为200～300目、氩气雾化法制备的球形AZ31镁合金粉末时，其制备方法为：以400MPa的压制压力压制成形得到厚度为3mm的正方形或长方形铝合金压坯和镁合金压坯；然后，7055铝合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结100min；采用同样地设备，AZ31镁合金压坯在真空条件下于550℃下施加10MPa的压力进行烧结90min；随后，用一系列目数的水磨砂纸分别将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯的表面打磨，并在无水乙醇中超声清洗，吹干后的表面用钢丝刷粗化处理，并将铝合金烧结坯和镁合金烧结坯叠放在一起，两端用细铁丝固定；将处理好的材料在两辊或四辊轧机上进行热轧，轧制复合温度为275℃；道次轧制压下量为30％～80％，轧辊转速为1转/10秒、所用轧辊直径为20cm；随后采用小变形量将复合板材校平，并在真空炉或气氛炉中进行退火，退火温度为200～450℃，退火时间为30～300分钟；最终，所得到的样品的整体抗拉强度为250～400MPa，界面剪切强度为30～70MPa。
6.根据权利要求5所述的一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：轧制复合时，道次轧制压下量为40-80％。
7.根据权利要求5所述的一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法，其特征在于：退火温度为300℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114292995A (zh) * 2021-12-01 2022-04-08 长沙新材料产业研究院有限公司 一种铝镁复合板材及其制备方法
CN114769587A (zh) * 2022-04-29 2022-07-22 中南大学 一种添加中间层的铝镁层状复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109317679A (zh) * 2018-09-12 2019-02-12 中南大学 一种铝合金薄板材生产方法
KR20190063774A (ko) * 2017-11-30 2019-06-10 현대자동차주식회사 자동차용 합금 판재 및 그것의 제조방법
CN110918647A (zh) * 2019-11-06 2020-03-27 太原理工大学 一种镁/铝/铝复合板轧制复合方法
CN111136277A (zh) * 2019-12-03 2020-05-12 同济大学 一种多层铝/镁复合板及其粉末热压制备方法
CN111375773A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 南京理工大学 一种铝-镁-铝层状异构合金板材的制备方法
CN111876700A (zh) * 2020-06-08 2020-11-03 中南大学 一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190063774A (ko) * 2017-11-30 2019-06-10 현대자동차주식회사 자동차용 합금 판재 및 그것의 제조방법
CN109317679A (zh) * 2018-09-12 2019-02-12 中南大学 一种铝合金薄板材生产方法
CN111375773A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 南京理工大学 一种铝-镁-铝层状异构合金板材的制备方法
CN110918647A (zh) * 2019-11-06 2020-03-27 太原理工大学 一种镁/铝/铝复合板轧制复合方法
CN111136277A (zh) * 2019-12-03 2020-05-12 同济大学 一种多层铝/镁复合板及其粉末热压制备方法
CN111876700A (zh) * 2020-06-08 2020-11-03 中南大学 一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺

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