CN114669651A - 镁铝金属复合结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁铝金属复合结构的制造方法,包括:S1、提供镁合金板材;S2、在所述镁合金板材的上、下两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,在垂直载荷和超声振动的共同作用下,铝箔和镁合金板材通过短程扩散和机械咬合复合在一起;S3、将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构,铝箔和镁合金板材之间形成了界面反应层,实现了冶金结合。由于铝箔具有良好的耐腐蚀性,因此,制得的镁铝金属复合结构也具有较好耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及金属板材制造领域,特别是涉及一种镁铝金属复合结构的制造方法。
背景技术
镁及其合金具有轻质、高的比强度、比刚度、良好的阻尼性能以及电磁屏蔽性能,在航空、航天以及兵器等领域获得了广泛应用,尤其在对于轻量化要求比较高的领域,镁合金材料更受青睐。但镁合金耐腐蚀性能差、室温塑性成形能力不足限制了其进一步的应用推广。
目前,镁铝金属复合板结构主要以平板结构为主,制备方法包括:轧制复合法、扩散焊接法以及爆炸焊接法等。轧制复合法是将两种表面洁净的金属板通过轧机的轧制力使金属复合的方法。金属板在受到轧机施加于其上强大的压力作用下,在两层或多层金属待复合表面发生塑性变形,使表面金属硬化层破裂,内部洁净金属分别从界面两侧各自裂口中挤出并相互接触,形成牢固的结合点,在后续热处理过程中结合面将继续扩大,形成稳固结合。扩散焊接法是指在高温和压力的共同作用下,金属之间的接触面发生局部范围内的塑性变形,原子发生相互扩散,从而实现多层金属复合的方法。爆炸焊接法是以烈性炸药作为动力源,在短时间内聚集大量能量,瞬时作用在金属板上,使待焊金属发生高速碰撞,在界面上产生局部剧烈的塑性变形而实现复合。其中,轧制复合法应用最广泛,但在轧制复合过程中首道次的压下量较大,对设备要求较高;在相同温度条件下铝层和镁层变形不协调,复合板内残余应力较大,翘曲、开裂现象严重;轧制或后续的热处理过程中铝镁界面易产生脆性的镁铝金属间化合物层,降低了界面结合性能,特别是在成形过程中界面处的镁铝金属间化合物易破碎,无法进行二次成形实现复杂结构的制造。
因此,本发明提出了一种镁铝金属复合结构的制造方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种镁铝金属复合结构的制造方法,解决镁合金耐腐蚀性能差、室温塑性成形能力不足的技术问题。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明的实施例提出了一种镁铝金属复合结构的制造方法,包括:
提供镁合金板材;
在所述镁合金板材的上、下两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,在垂直载荷和超声振动的共同作用下,所述铝箔和所述镁合金板材通过短程扩散和机械咬合复合在一起;
将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构。
可选地,所述提供镁合金板材,包括:
通过大塑性变形法加工得到所述镁合金板材。
可选地,所述镁合金板材的晶粒尺寸≤10μm,厚度1~4mm。
可选地,所述镁合金板材的晶粒尺寸为10μm,厚度为4mm。
可选地,所述在所述镁合金板材的两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,超声固结铝箔的速度为10~80mm/s,压力500kgf~1500kgf,振幅10~40μm。
可选地,所述铝箔的厚度为100~300μm。
可选地,所述将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构,包括:
将成形模具放入超塑成形机中,所述成形模具在超塑成形机中升温至350~450℃,升温速率1℃/min;
将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,所述超塑成形机保温5~10min,以使所述镁铝金属复合板升温至350~450℃;
所述超塑成形机以0.05MPa/min的气压加载速率加载至2~4MPa,使镁铝金属复合板发生超塑变形获得所需的结构特征;
所述超塑成形机以0.2MPa/min的气压加载速率提升加载至4~6MPa,保压1~2h;
所述超塑成形机降温至室温,卸掉气压,得到所述镁铝金属复合结构。
可选地,所述成形模具包括上模具和下模具;所述将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,包括:
将所述镁铝金属复合板放入所述上模具和所述下模具之间。
(3)有益效果
综上,本发明的镁铝金属复合结构的制造方法中,由于铝箔具有良好的耐腐蚀性,因此,制得的镁铝金属复合结构也具有耐腐蚀性。通过超塑气胀成形,制备出了镁铝金属复合结构,铝箔和镁合金板材之间形成了界面反应层,实现了冶金结合。最终制备出耐腐蚀性能好、内部界面结合良好、外形复杂的镁铝金属复合结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中镁铝金属复合结构的制造方法的流程图。
图2是本发明一实施例中步骤S3的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理,但不能用来限制本发明的范围,即本发明不限于所描述的实施例,在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了结构、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要明确的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且,为了简明起见,这里省略对已知方法技术的详细描述。
请参照图1,为了解决上述技术问题,本发明的实施例提出了一种镁铝金属复合结构的制造方法,包括:
S1、提供镁合金板材;
S2、在所述镁合金板材的上、下两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,在垂直载荷和超声振动的共同作用下,所述铝箔和所述镁合金板材通过短程扩散和机械咬合复合在一起;
S3、将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构。
由于铝及铝合金的耐蚀性较好,因此将铝箔覆盖在镁合金板材表面上形成镁铝金属复合板,能够提升其耐腐蚀性,同时在镁合金表面上可形成负拉应力,减少在成形过程中镁铝金属复合板表面微小裂纹的产生,进而提高镁铝金属复合结构的成形制造能力。本实施例的镁铝金属复合结构的制造方法中,由于铝箔具有良好的耐腐蚀性,因此,制得的镁铝金属复合结构也具有耐腐蚀性。通过超塑气胀成形,制备出了镁铝金属复合结构,铝箔和镁合金板材之间形成了界面反应层,实现了冶金结合。最终制备出耐腐蚀性能好、内部界面结合良好、外形复杂的镁铝金属复合结构。
在一实施例中,所述提供镁合金板材,包括:
通过大塑性变形法“累积叠轧焊、搅拌摩擦等”中一种加工方法,也不限定于上述方法得到所述镁合金板材。
若晶粒尺寸过大,材料不具备超塑变形性能,不能够进行超塑气胀成形,无法制备出复杂结构。在一实施例中,所述镁合金板材的晶粒尺寸≤10μm,厚度1~4mm,能够顺利超塑气胀成形,制备出了镁铝金属复合结构。
在一实施例中,所述镁合金板材的晶粒尺寸为5μm,厚度为4mm。
若超声固结参数过高、或过低,超声固结复合质量过低,无法获得镁铝金属复合板。在一实施例中,所述在所述镁合金板材的两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,超声固结铝箔的速度为10~80mm/s,压力500kgf~1500kgf,振幅10~40μm,能够得到质量较高的镁铝金属复合板。
若铝箔的厚度过薄,无法对镁合金板材实现有效的保护,过厚,则会显著提高结构的重量,不满足轻量化的要求。在一实施例中,所述铝箔的厚度为100~300μm。
请参照图2,在一实施例中,所述将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构,包括:
S31、将成形模具放入超塑成形机中,所述成形模具在超塑成形机中升温至350~450℃,升温速率1℃/min,以将成形模具加热至350~450℃;
S32、将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,所述超塑成形机保温5~10min,以使所述镁铝金属复合板升温至350~450℃,保证镁铝金属复合板的塑性,能够满足镁铝金属复合结构的制备;
S33、所述超塑成形机以0.05MPa/min的气压加载速率加载至2~4MPa,使镁铝金属复合板发生超塑变形获得所需的结构特征;
S34、所述超塑成形机以0.2MPa/min的气压加载速率提升加载至4~6MPa,保压1~2h;若气压过低,镁铝金属复合结构不能够贴合,无法制备出镁铝金属复合结构,若气压过高,则造成了浪费,且对超塑成形机要求较高。
S35、所述超塑成形机降温至室温,卸掉气压,得到所述镁铝金属复合结构。
在一实施例中,所述成形模具包括上模具和下模具;所述将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,包括:
将所述镁铝金属复合板放入所述上模具和所述下模具之间。
综上,本实施例镁铝金属复合结构的制造方法具有以下优点:
1、可实现镁合金板材和铝箔界面的冶金结合。采用超声固结实现镁合金板材和铝箔的初结合,然后在成形温度及压力的作用下,镁合金板材和铝箔将发生原位反应,最终实现100%的冶金结合;从而使制得的镁铝金属复合结构性能高
2、可实现复杂结构的净近成形,更好的满足工程需求。通过大塑性变形来细化镁合金板材的微观组织,利用超声固结制备出镁铝金属复合板,在较低的温度下通过超塑气胀成形制备出所需的复杂结构。
下面通过具体实施例对本申请的技术方案及技术效果进行详细说明,以下实施例仅仅是本申请的部分实施例,并非对本申请作出具体限定。
实施例1
1.利用累积叠轧焊法制备出细晶的镁合金板材,镁合金板材的晶粒尺寸2μm,厚度1mm。
2.将镁合金板材置于超声固结装备上,在其一面上超声固结一层1100铝箔,铝箔的厚度为100μm,超声固结速度10mm/s,压力500kgf,振幅10μm。
3.在镁合金板材的另一面,重复上面的过程,超声固结一层铝箔或铝合金箔材,制备镁铝金属复合板。
4.将成形模具装入至超塑成形机当中,随炉升温至350℃,升温速率1℃/min。
5.打开超塑成形机,将镁铝金属复合板装入至成形模具的上模具、下模具之间,保温5min,确保镁铝金属复合板升温至350℃,所述超塑成形机以0.05MPa/min的气压加载速率加载至4MPa,获得所需的结构特征。
6.所述超塑成形机在超塑气胀成形温度350℃条件下,以0.2MPa/min的气压加载速率提升加载至6MPa,保压1h。
7.随炉降至室温后,卸掉加载气压,打开超塑成形机,得到镁铝金属复结构。
实施例2
1.利用搅拌摩擦焊制备出细晶的镁合金板材,镁合金的晶粒尺寸5μm,厚度4mm。
2.将镁合金板材置于超声固结装备上,在其一面上超声固结一层2024铝合金箔材或铝箔,铝箔或铝合金箔材的厚度为300μm,超声固结速度80mm/s,压力1500kgf,振幅40μm。
3.在镁合金板材的另一面,重复上面的过程,超声固结一层铝箔或铝合金箔材,制备镁铝金属复合板。
4.将成形模具装入至超塑成形机当中,随炉升温至450℃,升温速率1℃/min。
5.打开超塑成形机,将镁铝金属复合板装入至成形模具的上模具、下模具之间,保温10min,确保镁铝金属复合板升温至450℃,所述超塑成形机以0.05MPa/min的气压加载速率加载至2MPa,获得所需的结构特征。
6.所述超塑成形机在超塑气胀成形温度450℃条件下,以0.2MPa/min的气压加载速率提升加载至4MPa,保压2h。
7.随炉降至室温后,卸掉加载气压,打开超塑成形机,得到镁铝金属复合结构。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,包括:
提供镁合金板材;
在所述镁合金板材的上、下两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,在垂直载荷和超声振动的共同作用下,所述铝箔和所述镁合金板材通过短程扩散和机械咬合复合在一起;
将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构。
2.根据权利要求1所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述提供镁合金板材,包括:
通过大塑性变形法加工得到所述镁合金板材。
3.根据权利要求1所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述镁合金板材的晶粒尺寸≤10μm,厚度1~4mm。
4.根据权利要求1所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述铝箔的厚度为100~300μm。
5.根据权利要求1所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述在所述镁合金板材的两表面分别超声固结铝箔,得到镁铝金属复合板,超声固结的速度为10~80mm/s,压力500kgf~1500kgf,振幅10~40μm。
6.根据权利要求1至5任一项所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述将所述镁铝金属复合板进行超塑气胀成形,得到所述镁铝金属复合结构,包括:
将成形模具放入超塑成形机中,所述成形模具在超塑成形机中升温至350~450℃,升温速率1℃/min;
将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,所述超塑成形机保温5~10min,以使所述镁铝金属复合板升温至350~450℃;
所述超塑成形机以0.05MPa/min的气压加载速率加载至2~4MPa,使镁铝金属复合板发生超塑变形获得所需的结构特征;
所述超塑成形机以0.2MPa/min的气压加载速率提升加载至4~6MPa,保压1~2h;
所述超塑成形机降温至室温,卸掉气压,得到所述镁铝金属复合结构。
7.根据权利要求6所述的镁铝金属复合结构的制造方法,其特征在于,所述成形模具包括上模具和下模具;所述将所述镁铝金属复合板放入所述成形模具中,包括:
将所述镁铝金属复合板放入所述上模具和所述下模具之间。
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2022
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