CN116837259A - 一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用。铝/钢复合材料由铝合金层和钢层冷轧复合而成，铝合金按质量百分比计主要由以下成分组成：Al、Zn、Si、Pb、Cu和Mg。本发明还提供所述材料的制备方法，步骤为：将铝锭熔化后，依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块进行熔炼，得到铝合金铸坯；将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；将铝合金板与钢板进行大压下量冷轧和固溶与时效处理，得到铝/钢复合材料。本发明还提供所述材料作为大功率船用低速机中的轴瓦板材的应用。本发明能提高轴瓦材料的承载能力，满足现代船舶低速机的发展需求。

Description

一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及轴瓦板材技术领域，具体涉及一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的发展，船用低速机滑动轴瓦材料从承载能力低的巴氏合金（锡基和铅基）逐渐向承载能力高的铜基和铝基合金发展。然而，单一轴承减磨合金的强度和刚度还是比较低的，无法满足现代低速机的发展需求。因此，双层或多层的轴承材料应运而生，即将轴承合金与钢背复合（轧制复合、浇铸复合、粉末烧结等）。
由于铝合金具有较高的机械性能、良好的耐腐蚀性以及热传导性，以及资源丰富、价格低廉的优点。铝基轴瓦材料的开发越来越受到人们的关注。而轧制复合具有工艺简单、操作简便以及便于工厂大规模批量化生产等特点，被大多数国内外轴瓦企业用于铝/钢轴瓦板材的制备。
在铝/钢复合轴瓦材料的研制方面，国外起步较早，为替代钢/铜铅轴瓦，开发了多种综合性能较好的铝/钢轴瓦材料，以满足不同用途的需求。因此，研发高性能轴瓦材料，对我国船舶低速机提高功率，降低燃油消耗和提高运行可靠性具有重大的价值和意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝/钢复合材料及其制备方法和应用，以提高轴瓦材料的承载能力，满足现代船舶低速机的发展需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种铝/钢复合材料，其由铝合金层和钢层冷轧复合而成，所述铝合金按质量百分比计由以下成分组成：Zn为4.1~5.4%，Si为0.7~1.2%，Pb为 0.8~1.4%，Cu为0.9~1.2%，Mg为0.2~0.4%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质≤0.06%。
根据上述技术手段，通过控制铝合金中的成分及成分配比，并采用铝合金和钢冷轧复合形成铝/钢复合材料，能有效提升铝/钢复合材料的承载能力，从而满足现代船舶低速机的发展需求。
其中，经过检测铝/钢复合材料中的杂质主要为Fe。
优选的，所述钢为低碳钢，低碳钢中碳含量为0.06~0.12%；
所述铝/钢复合材料的铝合金层的硬度大于等于75HV，钢层的硬度大于等于180HB，铝/钢复合材料界面结合强度大于110MPa；
铝/钢复合材料的铝合金层厚度为0.5~1mm，钢层厚度为1.5~3.5mm。
其中，钢板可选用10#钢、08Al钢和SPHC等。
10#钢即10号钢，其属于碳素结构钢，简称碳结钢，俗称优钢，10号钢主要用于制作各种韧性高、负荷小的零件，如卡头、钢管、垫片、垫圈、摩擦片、汽车车身、防尘漆、容器、深冲器皿、搪瓷制品，冷镦螺栓螺母及各种受载较小的焊接件等。10#钢按质量百分比计的成分为：碳 C ：0.07~0.13、硅 Si：0.17～0.37、锰 Mn：0.35～0.65、硫 S ：≤0.035、磷 P ：≤0.035、铬 Cr：≤0.15、镍 Ni：≤0.25和铜 Cu：≤0.25。
08Al钢是优质碳素结构钢的一种，一般用作冷冲压薄板钢中的Al脱氧镇静钢冷轧板。其命名规则类同碳素结构钢，其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%，“Al”表示铝脱氧冶炼镇静。08Al钢按质量百分比计的成分为：C：≤0.10%、Fe：≥99%、Si：≤0.03%、Mn：≤0.45%、Cr：≤0.10%、Ni：≤0.30%、P：≤0.030%、S：≤0.030%、Cu：≤0.25%和Alt：0.02~0.07%（或Als：0.015~0.065%）。
SPHC代表的是热轧钢板(它对应的冷轧板就是SPCC)，相当于国标GB699(优质碳素结构钢国家标准)中的10#、15#钢的热轧板，他们的含碳量范围是0.1-0.15%左右；热轧钢板分为厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度为0.35~4mm)两种；热轧的终止温度一般为800~900，之后一般在空气中冷却，因而热轧状态相当于正火处理。
本发明还提供所述铝/钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝锭熔化后，依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块进行熔炼，得到铝合金铸坯；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S3、将铝合金板与钢板进行大压下量冷轧和固溶与时效处理，得到铝/钢复合材料。
其中，铝锭为纯铝锭，纯铝锭、铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块、铅块和钢板均可直接购买获得。刨铣处理的刨铣设备为机械加工领域常用铣床。铝合金板与钢板进行大压下量冷轧所用设备为冶金领域常用四辊冷轧机。
优选的，所述S1中，铝锭熔化和熔炼在带有电磁搅拌的中频炉中进行，铝锭熔化和熔炼的温度为740℃~780℃，熔炼后采用铜模进行铸坯。
通过采用带有电磁搅拌的中频炉进行铝锭熔化和熔炼，以及采用导热性较好的铜模进行铸坯浇铸，能有效防止铅等重金属由于密度较大引起的偏析问题。
优选的，所述S2中，均匀化处理具体为：在温度为460℃~500℃的条件下，保温6~24h，随炉冷却至室温；
刨铣具体为：对铝合金铸坯的表面铣去3mm。
优选的，所述S2中，热轧采用多道次小压下量热轧，热轧温度为400~450℃，相邻道次之间间隔30min，每道次轧制压下量小于等于25%，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
退火软化处理具体为：在温度为350~400℃条件下，保温6~12h，随炉冷却至室温。
其中，采用多道次小压下量热轧方式，并控制每道次轧制压下量在25%以内，能有效避免轧制过程中板材出现边裂的问题，每道次轧制压下量以20%为宜。
在热轧后对板材进行退火软化处理的目的为消除由于机械变形而形成的加工硬化。
优选的，所述S3中，还包括在进行冷轧之前，对钢板进行热处理软化，热处理软化具体为：在氮气保护和温度为800~850℃的条件下，保温2~4h，随炉冷却至室温；
还包括对热处理软化后的钢板和退火软化处理后的铝合金板进行单面机械打磨。
其中，采用铝合金抛光机对退火软化处理后的铝合金板进行单面机械打磨处理，采用砂带抛光机对热处理软化后的钢板进行单面机械打磨处理，以去除板材表面的杂质，露出新鲜表面，进而提升铝合金板和钢板轧制复合的界面结合强度。铝合金板采用钢丝刷打磨，钢丝的直径为0.1-0.3mm，钢板采用砂带打磨，砂带的目数为36-180#。铝合金板和钢板不限于钢丝刷和砂带，也可采用砂纸、百叶轮或者抛丸处理。打磨后的铝合金板和钢板需在2h内完成冷轧复合，以避免新鲜的表面发生氧化而降低铝/钢复合材料的界面结合强度。铝合金板和钢板在打磨后、冷轧前的转运过程中应避免灰尘、水汽和油污对其表面造成污染。
优选的，所述S3中，大压下量冷轧具体为：将铝合金板与钢板进行一道次冷轧，轧制速度在3-9m/min之间，轧制压下量在50~60%之间。
其中，冷轧可采用普通同径同速轧机、同径异速轧机或异径异速轧机。
优选的，所述S3中，固溶与时效处理具体为：将冷轧后的材料在460℃~480℃条件下，固溶处理2~4h，冷却至室温，然后在温度为120~150℃条件下，时效处理12~36h。
根据上述技术手段，在冷轧后对铝/钢复合材料进行固溶与时效处理，既能够促进铅相均匀分布，显著提高铝合金强度以及铝/钢复合材料的界面结合强度，而且还可以有效降低由于轧制变形而引起的钢背加工硬化。
本发明还提供所述铝/钢复合材料的应用，所述铝/钢复合材料用作为大功率船用低速机中的轴瓦板材。
本发明的有益效果：
1）本发明的铝/钢复合材料通过合理控制铝合金中的金属成分以及各金属成分的配比，然后与钢层冷轧成复合材料，测试结果表明，铝/钢复合材料的铝合金厚度为0.5~1mm，钢层厚度为1.5~3.5mm，铝/钢复合材料的铝合金硬度在75HV以上，钢层硬度在180HB以上，铝/钢界面结合强度达到110MPa以上，对复合材料进行180o角弯曲后，铝合金层未出现与钢剥离和剥落现象，表现出了良好的力学性能；
2）本发明的铝/钢复合材料的制备方法，通过合理控制铝锭的熔化，以及与其他金属的熔炼的温度，有效保证了铝合金内部各金属元素分布的均匀性；然后使铝合金铸坯依次通过均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理后，与钢板在合理的温度下进行大压下量冷轧，成功地实现了铝/钢复合材料的轧制复合；再对铝/钢复合材料进行固溶与时效处理，同步地提高了铅的均匀性、铝合金强度以及铝/钢界面结合质量，有效降低了由于冷轧变形钢层产生的加工硬化，提高了铝/钢复合材料的成型性能，且制备方法具有操作简单、成本低和易实现的优点，在轴瓦板材技术领域，具有推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中的铝/钢复合材料的铝合金层的微观结构图；
图2为本发明实施例4中的铝/钢复合材料的铝合金层的微观结构图；
图3为本发明实施例1中的铝/钢复合材料的铝/钢结合界面微观结构图；
图4为本发明实施例4中的铝/钢复合材料的铝/钢结合界面微观结构图；
图5为本发明实施例1中的铝/钢复合材料的铝/钢结合界面线能谱图；
图6为本发明实施例4中的铝/钢复合材料的铝/钢结合界面线能谱图；
图7为本发明实施例1中的铝/钢复合材料弯曲180°后的形貌图；
图8为本发明实施例4中的铝/钢复合材料弯曲180°后的形貌图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
一种铝/钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在温度为745℃的条件下，将纯铝锭置于带有电磁搅拌的中频炉中进行熔化，然后依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块，进行熔炼，再通过铜模进行浇铸，得到成分均匀的铝合金铸坯；其中，铝合金铸坯中按质量百分比计由以下成分组成：Zn:4.5%，Si: 0.8%，Pb: 0.9%，Cu:0.9%，Mg: 0.2%，余量为Al和不可避免的杂质；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S21、均匀化处理：将铝合金铸坯置于热处理设备中，加热至480℃，保温18小时，然后随炉冷却至室温；
S22、刨铣处理：对经过均匀化处理的铝合金铸坯的上下表面进行双面铣去3mm，得到光洁表面的铝合金铸坯；
S23、热轧处理：在温度为420℃的条件下，进行多道次小压下量热轧，每道次轧制压下量为20%，相邻道次之间间隔保温30min，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
S24、退火软化处理：将铝合金置于热处理设备中，加热至350℃，保温12h，然后随炉冷却至室温，得到铝合金板；
S3、将钢板进行退火软化，随后进行单面机械打毛；同时将S24中铝合金表面单面刷光；将铝合金板与钢板的待复合表面接触进行大压下量冷轧复合得到铝/钢复合板，然后将其进行固溶与时效处理，得到轴瓦用铝/钢复合材料；
S31、热处理软化：将钢板置于氮气保护气氛中，在温度为800℃条件下，保温处理4小时，随炉冷却至室温，以备进行后续的表面打磨工作；其中，钢板的材质为10#钢；
S32、机械打磨：将退火软化处理的铝合金板经钢丝直径为0.1~0.3 mm钢丝刷打磨，以将表面附着物、氧化皮等缺陷打磨掉，露出银白色表面，以待与钢板进行冷轧复合；同时，将热处理后的钢板用36-180#砂带将其表面打磨干净，以将表面附着物、氧化皮等缺陷打磨掉，使其露出银白色新鲜表面，以待与铝合金板进行冷轧复合；
S33、冷轧处理：采用四辊冷轧机将铝合金板和钢板进行一道次冷轧复合，轧制速度控制在9m/min之间，轧制压下量为50%；
S34、固溶和时效处理：将冷轧后的复合材料置于热处理设备中，加热至465℃，保温固溶处理4小时，然后快速冷却至室温，再在温度为130℃条件下，时效处理16h，得到铝/钢复合材料；其中，经过检测本实施例制成的铝/钢复合材料中的杂质主要是Fe，Fe的含量为0.04%；
S35、将S34中的铝/钢复合材料进行剪切和涂防锈油，得到铝/钢复合材料成品。
实施例2
一种铝/钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在温度为760℃的条件下，将纯铝锭置于带有电磁搅拌的中频炉中进行熔化，然后依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块，进行熔炼，再通过铜模进行浇铸，得到成分均匀的铝合金铸坯；其中，铝合金铸坯中按质量百分比计由以下成分组成：Zn:4.6%，Si: 0.9%，Pb: 1.1%，Cu:1.1%，Mg: 0.3%，余量为Al和不可避免的杂质；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S21、均匀化处理：将铝合金铸坯置于热处理设备中，加热至490℃，保温16小时，然后随炉冷却至室温；
S22、刨铣处理：对经过均匀化处理的铝合金铸坯的上下表面进行双面铣去3mm，得到光洁表面的铝合金铸坯；
S23、热轧处理：在温度为450℃的条件下，进行多道次小压下量热轧，每道次轧制压下量为20%，相邻道次之间间隔保温30min，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
S24、退火软化处理：将铝合金置于热处理设备中，加热至380℃，保温8h，然后随炉冷却至室温，得到铝合金板；
S3、将钢板进行退火软化，随后进行单面机械打毛；同时将S24中铝合金表面单面刷光；将铝合金板与钢板的待复合表面接触进行大压下量冷轧复合得到铝/钢复合板，然后将其进行固溶与时效处理，得到铝/钢复合材料；
S31、热处理软化：将钢板置于氮气保护气氛中，在温度为840℃条件下，保温处理2小时，随炉冷却至室温，以备进行后续的表面打磨工作；其中，钢板的材质为10#钢；
S32、机械打磨：将退火软化处理的铝合金板经钢丝直径为0.1~0.3 mm钢丝刷打磨，露出银白色表面，以待与钢板进行冷轧复合；同时，将热处理后的钢板用36-180#砂带将其表面打磨干净，使其露出银白色新鲜表面，以待与铝合金板进行冷轧复合；
S33、冷轧处理：采用四辊冷轧机将铝合金板和钢板进行一道次冷轧复合，轧制速度控制在6m/min之间，轧制压下量为53%；
S34、固溶和时效处理：将冷轧后的复合材料置于热处理设备中，加热至470℃，保温固溶处理4小时，然后快速冷却至室温，再在温度为150℃条件下，时效处理12h，得到铝/钢复合材料；其中，经过检测本实施例制成的铝/钢复合材料中的杂质主要是Fe，Fe的含量为0.05%；
S35、将S34中的铝/钢复合材料进行剪切和涂防锈油，得到铝/钢复合材料成品。
实施例3
一种铝/钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在温度为776℃的条件下，将纯铝锭置于带有电磁搅拌的中频炉中进行熔化，然后依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块，进行熔炼，再通过铜模进行浇铸，得到成分均匀的铝合金铸坯；其中，铝合金铸坯中按质量百分比计由以下成分组成：Zn:5.2%，Si: 1.1%，Pb: 1.0%，Cu:1.0%，Mg: 0.4%，余量为Al和不可避免的杂质；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S21、均匀化处理：将铝合金铸坯置于热处理设备中，加热至500℃，保温6小时，然后随炉冷却至室温；
S22、刨铣处理：对经过均匀化处理的铝合金铸坯的上下表面进行双面铣去3mm，得到光洁表面的铝合金铸坯；
S23、热轧处理：在温度为400℃的条件下，进行多道次小压下量热轧，每道次轧制压下量为20%，相邻道次之间间隔保温30min，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
S24、退火软化处理：将铝合金置于热处理设备中，加热至400℃，保温6h，然后随炉冷却至室温，得到铝合金板；
S3、将钢板进行退火软化，随后进行单面机械打毛；同时将S24中铝合金表面单面刷光；将铝合金板与钢板的待复合表面接触进行大压下量冷轧复合得到铝/钢复合板，然后将其进行固溶与时效处理，得到铝/钢复合材料；
S31、热处理软化：将钢板置于氮气保护气氛中，在温度为820℃条件下，保温处理4小时，随炉冷却至室温，以备进行后续的表面打磨工作；其中，钢板的材质为10#钢；
S32、机械打磨：将退火软化处理的铝合金板经钢丝直径为0.1~0.3mm钢丝刷打磨，露出银白色表面，以待与钢板进行冷轧复合；同时，将热处理后的钢板用36-180#砂带将其表面打磨干净，使其露出银白色新鲜表面，以待与铝合金板进行冷轧复合；
S33、冷轧处理：采用四辊冷轧机将铝合金板和钢板进行一道次冷轧复合，轧制速度控制在5m/min之间，轧制压下量为57%；
S34、固溶和时效处理：将冷轧后的复合材料置于热处理设备中，加热至475℃，保温固溶处理3小时，然后快速冷却至室温，再在温度为120℃条件下，时效处理36h，得到铝/钢复合材料；其中，经过检测本实施例制成的铝/钢复合材料中的杂质主要是Fe，Fe的含量为0.04%；
S35、将S34中的铝/钢复合材料进行剪切和涂防锈油，得到铝/钢复合材料成品。
实施例4
一种铝/钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在温度为756℃的条件下，将纯铝锭置于带有电磁搅拌的中频炉中进行熔化，然后依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块，进行熔炼，再通过铜模进行浇铸，得到成分均匀的铝合金铸坯；其中，铝合金铸坯中按质量百分比计由以下成分组成：Zn:4.2%，Si: 1.0%，Pb: 1.3%，Cu:1.2%，Mg: 0.3%，余量为Al和不可避免的杂质；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S21、均匀化处理：将铝合金置于热处理设备中，加热至460℃，保温24小时，然后随炉冷却至室温；
S22、刨铣处理：对经过均匀化处理的铝合金铸坯的上下表面进行双面铣去3mm，得到光洁表面的铝合金铸坯；
S23、热轧处理：在温度为430℃的条件下，进行多道次小压下量热轧，每道次轧制压下量为20%，相邻道次之间间隔保温30min，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
S24、退火软化处理：将铝合金置于热处理设备中，加热至350℃，保温12h，然后随炉冷却至室温，得到铝合金板；
S3、将钢板进行退火软化，随后进行单面机械打毛；同时将S24中铝合金表面单面刷光；将铝合金板与钢板的待复合表面接触进行大压下量冷轧复合得到铝/钢复合板，然后将其进行固溶与时效处理，得到轴瓦用铝/钢复合材料；
S31、热处理软化：将钢板置于氮气保护气氛中，在温度为830℃条件下，保温处理2小时，随炉冷却至室温，以备进行后续的表面打磨工作；钢板的材质为10#钢；
S32、机械打磨：将退火软化处理的铝合金板经钢丝直径为0.1~0.3mm钢丝刷打磨，露出银白色表面，以待与钢板进行冷轧复合；同时，将热处理后的钢板用36-180#砂带将其表面打磨干净，使其露出银白色新鲜表面，以待与铝合金板进行冷轧复合；
S33、冷轧处理：采用四辊冷轧机将铝合金板和钢板进行一道次冷轧复合，轧制速度控制在3m/min，轧制压下量为59%；
S34、固溶和时效处理：将冷轧后的复合材料置于热处理设备中，加热至480℃，保温固溶处理2小时，然后快速冷却至室温，再在温度为130℃条件下，时效处理24h，得到铝/钢复合材料；其中，经过检测本实施例制成的铝/钢复合材料中的杂质主要是Fe，Fe的含量为0.03%；
S35、将S34中的铝/钢复合材料进行剪切和涂防锈油，得到铝/钢复合材料成品。
检测分析
1）采用维氏硬度计、布氏硬度计和定量剪切强度试验法（GB/T6396-2008）分别对实施例1至实施例4中制成的铝/钢复合材料的铝合金层硬度、钢层硬度和界面结合强度进行测试。
经过测试，实施例1至实施例4中制成的铝/钢复合材料成品的铝合金层硬度依次为：76HV、80HV、83HV和81HV；实施例1至实施例4中制成的铝/钢复合材料的钢层硬度依次为：180 HB、185HB、188HB和184HB；实施例1至实施例4中制成的铝/钢复合材料的界面结合强度依次为：112MPa、125MPa、130MPa和128MP。
2）采用电子扫描显微镜对实施例1和实施例4中制成的铝/钢复合材料的铝合金层和铝/钢界面进行微观组织分析，结果如图1至图4所示。
从图1和图2中分析可知，实施例1和实施例4中制得的铝/钢复合材料的铝合金层的微观组织均呈均匀分布，其中，图1和图2中浅色点状物相为铅。从图3和图4中分析可知，实施例1和实施例4中制得的铝/钢复合材料的铝/钢界面微观组织，均无明显的孔洞、裂纹和金属间化合物等缺陷。
3）采用电子扫描显微镜对实施例1和实施例4中制成的铝/钢复合材料的铝/钢界面进行线能谱分析，结果如图5和图6所示。
从图5和图6中分析可知，实施例1和实施例4中制成的铝/钢复合材料的界面线能谱处，均无明显原子过渡台阶，从而证明了本发明制得的铝/钢复合材料无明显脆性化合物生成。
4）采用定性试验的弯曲实验法（GB/T232-2010）对实施例1和实施例4中制成的铝/钢复合材料进行弯曲分析，结果如图6和图7所示。
从图6和图7中分析可知，实施例1和实施例4中制成的铝/钢复合材料经180o角弯曲后，铝/钢复合材料的的铝/钢结合界面均未出现开裂现象，且铝合金层未出现与钢层剥离或剥落现象，从而证明了铝/钢复合材料具有良好的界面结合效果。
综上所述，本发明的铝/钢复合材料的制备方法，通过在铝合金熔炼过程中加入电磁搅拌并采用铜模浇铸，显著降低了合金中重金属的偏析倾向；铝合金板坯的热轧采用多道次小压下量轧制，避免了板材轧制过程中大幅度边裂的出现；一道次大压下量冷轧，成功地实现铝/钢复合板的冷轧结合；铝/钢复合材料的固溶与时效处理，同步地提高了铅的均匀性、铝合金强度以及铝/钢界面结合质量，有效降低了由于冷轧变形钢层产生的加工硬化，提高了铝/钢复合材料的成型性能，在轴瓦板材技术领域，具有推广应用价值。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝/钢复合材料，其特征在于，其由铝合金层和钢层冷轧复合而成，所述铝合金按质量百分比计由以下成分组成：Zn为4.1~5.4%，Si为0.7~1.2%，Pb为0.8~1.4%，Cu为0.9~1.2%，Mg为0.2~0.4%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质≤0.06%。
2.根据权利要求1所述的铝/钢复合材料，其特征在于，所述钢为低碳钢，低碳钢中碳含量为0.06~0.12%；
所述铝/钢复合材料的铝合金层的硬度大于等于75HV，钢层的硬度大于等于180HB，铝/钢复合材料界面结合强度大于110MPa；
铝/钢复合材料的铝合金层厚度为0.5~1mm，钢层厚度为1.5~3.5mm。
3.如权利要求1或权利要求2所述的铝/钢复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝锭熔化后，依次加入铝硅和铝铜中间合金、锌块、镁块和铅块进行熔炼，得到铝合金铸坯；
S2、将铝合金铸坯依次进行均匀化处理、刨铣、热轧和退火软化处理，得到铝合金板；
S3、将铝合金板与钢板进行大压下量冷轧和固溶与时效处理，得到铝/钢复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，铝锭熔化和熔炼在带有电磁搅拌的中频炉中进行，铝锭熔化和熔炼的温度为740℃~780℃，熔炼后采用铜模进行铸坯。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，均匀化处理具体为：在温度为460℃~500℃条件下，保温6~24h，随炉冷却至室温；
刨铣具体为：对铝合金铸坯的上下两个表面各铣去3mm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S2中，热轧采用多道次小压下量热轧，热轧温度为400~450℃，相邻道次之间间隔30min，每道次轧制压下量小于等于25%，热轧后铝合金板的厚度为2~3mm；
退火软化处理具体为：在温度为350~400℃的条件下，保温6~12h，随炉冷却至室温。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S3中，还包括在进行冷轧之前，对钢板进行热处理软化，热处理软化具体为：在氮气保护和温度为800~850℃的条件下，保温2~4h，随炉冷却至室温；
还包括对热处理软化后的钢板和退火软化处理后的铝合金板进行单面机械打磨。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S3中，大压下量冷轧具体为：将铝合金板与钢板进行一道次冷轧，轧制速度在3-9m/min之间，轧制压下量在50~60%之间。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S3中，固溶与时效处理具体为：将冷轧后的材料在460℃~480℃条件下，固溶处理2~4h，冷却至室温，然后在温度为120~150℃条件下，时效处理12~36h。
10.如权利要求1或权利要求2所述的铝/钢复合材料的应用，其特征在于，所述铝/钢复合材料用作为大功率船用低速机中的轴瓦板材。
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