CN113580716B - 真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法 - Google Patents

真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法，属于色金属材料塑性变形领域，可解决现有塑性变形方法只能提高强度的问题，本发明在脉冲电流辅助作用下在真空环境中对横截面为余弦波纹状的镁合金和铝合金薄板在限宽的模具中进行压平连接得到镁/铝层状复合板，在此过程中迫使镁合金薄板发生整体压缩变形以激发拉伸孪生变形系统启动，发挥脉冲电流的电致塑性效应以及促进拉伸孪晶形核的作用加强铝镁接触面的连接，进一步提高镁合金拉伸孪晶体积分数，在拉伸孪晶切割晶粒与脉冲电流共同诱导再结晶的作用下，在镁合金板中得到由再结晶和拉伸孪晶组成的混合组织，最终获得强度高、塑性好并具有良好结合性能和耐腐蚀性能的镁铝层合板。

Description

真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法
技术领域
本发明属于色金属材料塑性变形技术领域，具体涉及一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法。
背景技术
镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度和比刚度高，传热性好等优点，其冲压壳体构件在汽车、航空航天航海仪器和3C产品外壳等领域具有广阔的应用前景。然而，镁合金冲压毛坯薄板多通过轧制或挤压方法制备，基面织构显著，组织和性能各向异性明显，导致镁合金薄板强度不高、塑性成形性能差。另外，由于镁合金在空气中形成的氧化膜疏松多孔，耐腐蚀性能差较差。
常规强塑性变形方式，如等通道挤压、累积轧制、高压扭转等都只能提高强度。
发明内容
本发明针对现有塑性变形方法只能提高强度的问题，提供一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置，包括真空炉箱、控制系统、石墨材料制作的开合式约束压直模具和用于生产高频电流的脉冲电源；
所述真空炉箱的上下两端对称设有上压头和下压头，上压头和下压头分别通过位于真空炉箱外侧的顶座和底座固定，上压头底部设有石墨垫板，上压头和下压头相对的另一端分别连接有上电极和下电极，上电极和下电极的一端分别通过导线和脉冲电源的正极和负极连接，开合式约束压直模具位于石墨垫板和下压头之间，开合式约束压直模具上设有热电偶插孔，热电偶插孔内设有热电偶；控制系统通过导线分别与脉冲电源、上电极、下电极、热电偶和真空炉箱连接。
所述开合式约束压直模具包括上模和下模，上模和下模之间设有矩形的型腔，下模Ⅱ的两端分别设有挡板。
所述热电偶插孔位于下模。
一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法，包括如下步骤：
第一步，利用线切割仪器制备横截面呈余弦波纹状的镁合金薄板和铝合金薄板，根据开合式约束压直模具确定镁合金薄板和铝合金薄板的尺寸；
第二步，用砂纸打磨镁合金薄板和铝合金薄板的接触表面，除去氧化膜；
第三步，将打磨好的镁合金薄板和铝合金薄板按照铝、镁、铝的顺序放置在开合式约束压直模具中进行装配，将装配好的部件放置在真空炉中，在高频脉冲作用的上下压头电极之间通电，加热的同时施加载荷，对层合板进行约束压直连接。
进一步地，所述真空炉的温度为150℃，施加载荷压强为1-3MPa，施压时间为5-20min。
本发明利用外加电场在真空环境中制备镁铝层合板能够提高金属材料的塑性变形能力、降低残余应力，加热加压同步进行简化了工序，避免了暴露在空气中待连接表面氧化引起的结合不良，目前应用于塑性变形过程中以省略后续热处理工序。同时，铝表面可以形成氧化铝薄膜致密可以防止进一步氧化，因此在镁的表面覆上一层铝，利用这种方法制备的镁铝层合板可以既可以细化晶粒的同时弱化基面织构同步提高镁合金薄板强度和塑性成形性能，又在此基础之上覆上一层铝层，同时还具有较好的耐腐蚀能。
本发明的有益效果如下：
本发明针对镁合金薄板室温下强度较低、塑性成形性能差以及耐腐蚀性能较差的问题，提出在脉冲电流辅助作用下迫使镁合金、铝合金薄板在模具中发生整体压缩变形，充分发挥在镁板拉伸孪晶切割晶粒并与脉冲电流共同诱导再结晶的作用，在镁合金组元板中获得主要由再结晶和拉伸孪晶组成的混合组织，同步提高镁合金薄板的强度和塑性，同时在真空环境和脉冲电流作用下加压镁铝紧密结合形成良好结合界面，最终制备出高强塑性耐腐蚀的层合板，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，是一种先进的高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的真空电流辅助作用下高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法的变形准备状态图；
图2是本发明实施例提供的真空电流辅助作用下高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法的变形状态图；
图3是本发明实施例中原始镁板和镁铝层合板的力学性能对比图；
其中：1-上电极；2-顶座；3-真空炉箱；4-上压头；5-石墨垫板；6-上模；7-下模；8-弯曲的镁铝层合板；9-热电偶插孔；10-下压头；11-热电偶；12-底座；13-下电极；14-脉冲电源；15-显示器；16-控制系统；17-电源开关按钮；18-压力机控制按钮；19-温度控制按钮；20-电流调节按钮；21-电压调节按钮；22-真空泵控制按钮； 23-压直的镁铝层合板。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步说明。
如图所示，一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备装置，包括真空炉箱、控制系统、石墨材料制作的开合式约束压直模具和用于生产高频电流的脉冲电源；
所述真空炉箱的上下两端对称设有上压头和下压头，上压头和下压头分别通过位于真空炉箱外侧的顶座和底座固定，上压头底部设有石墨垫板，上压头和下压头相对的另一端分别连接有上电极和下电极，上电极和下电极的一端分别通过导线和脉冲电源的正极和负极连接，开合式约束压直模具位于石墨垫板和下压头之间，开合式约束压直模具上设有热电偶插孔，热电偶插孔内设有热电偶；控制系统通过导线分别与脉冲电源、上电极、下电极、热电偶和真空炉箱连接。
所述控制系统上设置有显示上述炉箱的电流、温度和加载压力的显示器、控制系统电源开关按钮、压力机控制按钮、温度控制按钮、电流调节按钮、电压调节按钮、真空泵控制按钮。
实施例
本实施例以轧制态ZK60镁合金板和5052铝合金为实验对象，对轧制态ZK60镁合金板和5052铝合金进行通电加工。开合式约束压直模具的尺寸为60mm×50mm×34mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；镁合金板轧制方向（RD）长度为40 mm，波浪形横向（TD）长度为60mm，厚度为1mm；
本实施例中，镁、铝合金板材横截面为波浪形，镁合金尺寸为60mm×40mm×1mm，铝合金尺寸为60mm×40mm×0.3mm，波浪曲线方程是Y=-1.5cos(π/20)x。
一种真空电流辅助作用下高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）切割横截面为波浪形的镁合金和铝合金板材，尺寸分别为为60mm×40mm×1mm，60mm×40mm×0.3mm。
（2）打磨，将镁铝板接触面板打磨，除去氧化膜。
（3）在开合式压直模具中以铝、镁、铝顺序装配好。
（4）将装配好的部件放置真空炉中，在高频脉冲作用的上下压头电极之间通电，加热的同时施加载荷，对镁铝层合板进行压直。
①打开炉腔，在上压头和下压头之间放置模具，石墨垫板，下压头上依次是开合式压直模具，石墨垫板，调节石墨垫板和上压头的位置使其压住石墨垫板并固定整体，关闭炉箱。
②温度检测是通过炉内热电偶与温度控制系统相连接，实时温度显示在显示器中，从而可以对炉内温度实时监测。
③打开控制系统电源按钮，调节控制系统的温度调节按钮，将炉内温度从室温升到150℃，时间为5min。调节真空泵按钮，使炉腔内压强降低。
⑤开启高频电流电源，调节电流控制按钮和电压控制按钮控制电流电压。
⑥开启压力电机控制系统，通过上电极和上压头对开合式压直模具施加压力，施压压强2 MPa，施压时间5min。
⑦关闭高频电流电源，关闭压力电机控制系统，随炉冷却至室温，打开炉箱取出模具，从模具中取出连接好的镁铝层合板，关闭控制系统电源按钮。
利用单向拉伸试验对原始镁合金单板和镁铝层合板进行力学性能测试。
由图3可知，本发明制备的镁铝层合板的强度和塑性都明显高于原始镁合金单板。

Claims (1)

1.一种真空电流辅助高强塑耐腐蚀镁铝层合板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，利用线切割仪器制备横截面呈余弦波纹状的镁合金薄板和铝合金薄板，根据开合式约束压直模具确定镁合金薄板和铝合金薄板的尺寸，所述镁合金薄板为轧制态ZK60镁合金板，所述铝合金薄板为5052铝合金，所述镁合金薄板和所述铝合金薄板的波浪曲线方程是Y=-1.5cos(π/20)x；
第二步，用砂纸打磨镁合金薄板和铝合金薄板的接触表面，除去氧化膜；
第三步，将打磨好的镁合金薄板和铝合金薄板按照铝、镁、铝的顺序放置在开合式约束压直模具中进行装配，将装配好的部件放置在真空炉箱中；将所述真空炉箱的炉内温度从室温升到150℃，时间为5min；调节真空泵按钮，使炉腔内压强降低；开启高频电流电源，调节电流控制按钮和电压控制按钮控制电流电压；开启压力电机控制系统，通过上电极和上压头对开合式压直模具施加压力，施压压强2 MPa，施压时间5min，对层合板进行约束压直连接；关闭高频电流电源，关闭压力电机控制系统，随炉冷却至室温，打开炉箱取出所述开合式约束压直模具，从所述开合式约束压直模具中取出连接好的镁铝层合板；
其中，所述真空炉箱的上下两端对称设有上压头和下压头，上压头和下压头分别通过位于真空炉箱外侧的顶座和底座固定，上压头底部设有石墨垫板，上压头和下压头相对的另一端分别连接有上电极和下电极，上电极和下电极的一端分别通过导线和脉冲电源的正极和负极连接，开合式约束压直模具位于石墨垫板和下压头之间，开合式约束压直模具上设有热电偶插孔，热电偶插孔内设有热电偶，所述热电偶插孔位于下模，所述开合式约束压直模具包括上模和下模，上模和下模之间设有矩形的型腔，下模的两端分别设有挡板，所述型腔的表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm。
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