CN116871322A - 基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于层状金属复合板制备技术领域，具体涉及基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，包括以下步骤：S1，板材准备；S2，制备A/B1层状金属复合板；S3，制备A/B1/B2层状金属复合板；S4，重复步骤S3，直至制备出A/B1/B2……/Bn‑1层状金属复合板；S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；S6，对A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理。本发明在金属板与铝板上喷涂SiC、Al2O3或WC颗粒，使SiC、Al2O3或WC颗粒附着在金属板与铝板上，打破金属板与铝板表面的微氧化层，改善金属板与铝板打磨后形成的粗糙硬化层表面。
Description
技术领域
本发明属于层状金属复合板制备技术领域，具体涉及基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法。
背景技术
层状金属复合板是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型板材。铝板因其质轻、价廉、优良的导电、导热性等优点成为层状金属复合板制备领域不可或缺的一种优质组元金属，广泛应用于层状金属复合板制备领域，形成了钢/铝、钛/铝、铜/铝、镁/铝等层状金属复合板，取得了巨大的经济效益。
随着研究的深入，以铝板为组元金属的层状金属复合板因铝层性能偏低而逐渐无法满足人们对材料性能的进一步要求。为此，增强铝层性能成为改善铝组元层状金属复合板性能重要的途径。目前，增强铝层性能的方法有：1）给铝中增加合金元素，形成铝合金，进而增强铝的性能；2）给铝中增加颗粒，形成铝基复合材料，进而增强铝的性能。以铝合金作为组元金属来改善铝组元层状金属复合板已经开展了较多的研究，虽然组元性能提升，但因合金元素的引入导致了层状金属复合板界面更为复杂，且性能提升不明显，还未取得较好的效果。同时，以铝基复合材料为组元金属层制备层状金属复合板材料的研究还较少，且颗粒添加铝基复合材料制备难度较大，采用该材料作为组元金属与其余金属制备层状金属复合材料难度较大，且成本较高。为此，急需提出一种制备方法，实现高性能铝组元层状金属复合材料的高效制备。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，包括以下步骤：
S1， 板材准备：准备金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn，除去金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn表面的油污和氧化膜，然后烘干静置；将金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn的待复合面打磨粗糙，备用；
S2，制备A/B1层状金属复合板：将铝板B1加热到400～630℃；金属板A保持常温，在金属板A处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板B1在上，金属板A在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平/波纹辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1层状金属复合板；
S3，制备A/B1/B2层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板B2，将其加热到400～630℃；取步骤S2中制备的A/B1层状金属复合板，将其B1侧待复合面打磨，去除表面油污、氧化膜，并在处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板B2在上，A/B1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平/波纹辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1/B2层状金属复合板；
S4，重复步骤S3中的方法，直至制备出A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板；
S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板Bn，将其加热到400～630℃；取步骤S4中制备的A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板，将其Bn-1侧待复合面打磨粗糙，去除表面油污、氧化膜，并在处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板Bn在上，A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，制备出A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；
S6，对步骤S5所制备出的A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理，获得颗粒增强层状金属复合板；
所述步骤S2至步骤S5中喷涂的颗粒为SiC、Al2O3及WC中的任意一种。
进一步，所述步骤S1中的金属板A的材质为钢、铜、钛中的任意一种，厚度为4～100mm；所述铝板B1、铝板B2……铝板Bn的材质均为工业纯铝，厚度为1～5mm。
再进一步，所述步骤S2至步骤S4中波纹辊的波纹为横/纵向正弦曲线、横/纵向余弦曲线、交叉波纹和微小滚花波纹中的任意一种，且波纹高度H不大于2mm。
更进一步，所述步骤S2至S5中轧制的轧制压下率为20%～30%。
更进一步，所述铝板Bn中n的取值大于等于2。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明在金属板与铝板上喷涂SiC、Al2O3或WC颗粒，使SiC、Al2O3或WC颗粒附着在金属板与铝板上，打破金属板与铝板表面的微氧化层，改善金属板与铝板打磨后形成的粗糙硬化层表面；同时，由于SiC、Al2O3或WC颗粒嵌入金属板与铝板，产生钉扎效应，对金属板与铝板中的位错运动和晶界扩散形成阻碍，从而提高了材料的强度，增强了结合性能，改善了复合板材的综合性能；
本发明采用了异温轧制；一道次轧制过程中，将铝板加热，降低铝板变形抗力，金属板保持常温，进一步增大两板材变形抗力差距，形成极度非对称性轧制，减小铝板对金属板的影响，增强金属板界面形变，协调组元金属变形，解决硬质金属与铝复合时界面不变形问题；后续道次轧制过程中，借助铝和铝界面更易结合且铝的塑性较好的特性，仅加热铝板，而金属复合板采用常温，实现异温组坯，降低界面结合难度且不用进行防氧处理；
本发明采用多道次叠层轧制技术；多道次叠层轧制工艺成本低，工艺简单，只需要传统轧机，不需要特殊的设备或模具；生产效率高，容易实现工业化生产；同时，铝板叠层轧制改善了铝板性能，大塑性变形条件下引入超高应变，实现晶粒细化，通过剧烈塑性变形产生较高的界面温度，有利于发生动态再结晶，使复合板实现更充分的复合，提高复合板界面的结合强度；多道次轧制时喷涂颗粒嵌入到结合界面，增大了新鲜金属裸露的面积，协调组元变形，加剧元素扩散，制备出颗粒增强层状金属复合板；
本发明提供的制备方法，需要的设备简单、改造方便，可以实现连续化、大规模生产。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图中，打磨装置—1，箱式加热炉—2，喷涂装置—3，上辊—4，下辊—5。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
如图1所示，基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其中，金属板A的材质为钢，铝板B1、铝板B2……铝板Bn的材质为工业纯铝，n的取值为6，包括以下步骤：
S1， 板材准备：准备长×宽×高为250mm×100mm×10mm的金属板A，准备长×宽×高为250mm×100mm×1mm的铝板B1、铝板B2……铝板Bn，除去金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn表面的油污和氧化膜，然后烘干静置；通过打磨装置1将金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn的待复合面打磨粗糙，备用；
S2，制备A/B1层状金属复合板：通过箱式加热炉2将铝板B1加热到600℃；金属板A保持常温，通过喷涂装置3在金属板A处理后的待复合面上喷涂一层SiC颗粒，SiC颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%；采用铝板B1在上，金属板A在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为20%，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1层状金属复合板；
S3，制备A/B1/B2层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板B2，通过箱式加热炉2将其加热到600℃；取步骤S2中制备的A/B1层状金属复合板，通过打磨装置1将其B1侧待复合面打磨，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层SiC颗粒，SiC颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%；采用铝板B2在上，A/B1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为20%，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1/B2层状金属复合板；
S4，重复步骤S3中的方法，直至制备出A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板；
S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板Bn，通过箱式加热炉2将其加热到600℃；取步骤S4中制备的A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板，通过打磨装置1将其Bn-1侧待复合面打磨粗糙，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层SiC颗粒，SiC颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%；采用铝板Bn在上，A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为20%，制备出A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；
S6，对步骤S5所制备出的A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理，获得经过六道次轧制的颗粒增强层状金属复合板。
实施例2
基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其中，金属板A的材质为铜，铝板B1、铝板B2……铝板Bn的材质为工业纯铝，n的取值为8，包括以下步骤：
S1， 板材准备：准备长×宽×高为1000mm×200mm×4mm的金属板A，准备长×宽×高为1000mm×200mm×4mm的铝板B1、铝板B2……铝板Bn，除去金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn表面的油污和氧化膜，然后烘干静置；通过打磨装置1将金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn的待复合面打磨粗糙，备用；
S2，制备A/B1层状金属复合板：通过箱式加热炉2将铝板B1加热到400℃；金属板A保持常温，通过喷涂装置3在金属板A处理后的待复合面上喷涂一层Al2O3颗粒，Al2O3颗粒均匀分布且占待复合面面积的50%；采用铝板B1在上，金属板A在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为波纹辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为30%，在轧制后进行切边处理，制备出A/B1层状金属复合板；
S3，制备A/B1/B2层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板B2，通过箱式加热炉2将其加热到400℃；取步骤S2中制备的A/B1层状金属复合板，通过打磨装置1将其B1侧待复合面打磨，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层Al2O3颗粒，Al2O3颗粒均匀分布且占待复合面面积的50%；采用铝板B2在上，A/B1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为波纹辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为30%，在轧制后进行切边处理，制备出A/B1/B2层状金属复合板；
S4，重复步骤S3中的方法，直至制备出A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板；
S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板Bn，通过箱式加热炉2将其加热到400℃；取步骤S4中制备的A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板，通过打磨装置1将其Bn-1侧待复合面打磨粗糙，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层Al2O3颗粒，Al2O3颗粒均匀分布且占待复合面面积的50%；采用铝板Bn在上，A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为30%，制备出A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；
S6，对步骤S5所制备出的A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理，获得经过八道次轧制的颗粒增强层状金属复合板。
上述实施例2中，波纹辊的波纹为横/纵向正弦曲线、横/纵向余弦曲线、交叉波纹和微小滚花波纹中的任意一种，且波纹高度H不大于2mm。
实施例3
如图1所示，基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其中，金属板A的材质为钛，铝板B1、铝板B2……铝板Bn的材质为工业纯铝，n的取值为10，包括以下步骤：
S1， 板材准备：准备长×宽×高为8000mm×300mm×100mm的金属板A，准备长×宽×高为8000mm×300mm×5mm的铝板B1、铝板B2……铝板Bn，除去金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn表面的油污和氧化膜，然后烘干静置；通过打磨装置1将金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn的待复合面打磨粗糙，备用；
S2，制备A/B1层状金属复合板：通过箱式加热炉2将铝板B1加热到630℃；金属板A保持常温，通过喷涂装置3在金属板A处理后的待复合面上喷涂一层WC颗粒，WC颗粒均匀分布且占待复合面面积的70%；采用铝板B1在上，金属板A在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为25%，在轧制后进行切边处理，制备出A/B1层状金属复合板；
S3，制备A/B1/B2层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板B2，通过箱式加热炉2将其加热到630℃；取步骤S2中制备的A/B1层状金属复合板，通过打磨装置1将其B1侧待复合面打磨，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层WC颗粒，WC颗粒均匀分布且占待复合面面积的70%；采用铝板B2在上，A/B1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为25%，在轧制后进行切边处理，制备出A/B1/B2层状金属复合板；
S4，重复步骤S3中的方法，直至制备出A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板；
S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板Bn，通过箱式加热炉2将其加热到630℃；取步骤S4中制备的A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板，通过打磨装置1将其Bn-1侧待复合面打磨粗糙，去除表面油污、氧化膜，并通过喷涂装置3在处理后的待复合面上喷涂一层WC颗粒，WC颗粒均匀分布且占待复合面面积的70%；采用铝板Bn在上，A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊4为平辊，下辊5为平辊的二辊轧机进行轧制，轧制压下率为25%，制备出A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；
S6，对步骤S5所制备出的A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理，获得经过十道次轧制的颗粒增强层状金属复合板。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1， 板材准备：准备金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn，除去金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn表面的油污和氧化膜，然后烘干静置；将金属板A、铝板B1、铝板B2……铝板Bn的待复合面打磨粗糙，备用；
S2，制备A/B1层状金属复合板：将铝板B1加热到400～630℃；金属板A保持常温，在金属板A处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板B1在上，金属板A在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平/波纹辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1层状金属复合板；
S3，制备A/B1/B2层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板B2，将其加热到400～630℃；取步骤S2中制备的A/B1层状金属复合板，将其B1侧待复合面打磨，去除表面油污、氧化膜，并在处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板B2在上，A/B1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平/波纹辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，并在轧制后进行切边处理，制备出A/B1/B2层状金属复合板；
S4，重复步骤S3中的方法，直至制备出A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板；
S5，制备A/B1/B2……/Bn层状金属复合板：取步骤S1中准备的铝板Bn，将其加热到400～630℃；取步骤S4中制备的A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板，将其Bn-1侧待复合面打磨粗糙，去除表面油污、氧化膜，并在处理后的待复合面上喷涂一层颗粒，颗粒均匀分布且占待复合面面积的30%～70%；采用铝板Bn在上，A/B1/B2……/Bn-1层状金属复合板在下的组坯方式快速组坯，利用上辊为平辊，下辊为平辊的二辊轧机进行轧制，制备出A/B1/B2……/Bn层状金属复合板；
S6，对步骤S5所制备出的A/B1/B2……/Bn层状金属复合板进行退火、矫直和切边处理，获得颗粒增强层状金属复合板；
所述步骤S2至步骤S5中喷涂的颗粒为SiC、Al2O3及WC中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的金属板A的材质为钢、铜、钛中的任意一种，厚度为4～100mm；所述铝板B1、铝板B2……铝板Bn的材质均为工业纯铝，厚度为1～5mm。
3.根据权利要求1所述的基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S2至步骤S4中波纹辊的波纹为横/纵向正弦曲线、横/纵向余弦曲线、交叉波纹和微小滚花波纹中的任意一种，且波纹高度H不大于2mm。
4.根据权利要求1所述的基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S2至S5中轧制的轧制压下率为20%～30%。
5.根据权利要求1所述的基于多道次轧制成形的颗粒增强层状金属复合板制备方法，其特征在于：所述铝板Bn中n的取值大于等于2。
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