CN117066268A - 一种镁铝复合薄带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种镁铝复合薄带的制备方法，属于合金薄带领域。一种镁铝复合薄带的制备方法，包括以下步骤：S1.将原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%~4%、Cu 5.5%~8.2%、Al 0.5%~1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；连铸步骤中的铸造速度为2.5~5.5m/min；S2.将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，得到叠层板坯，叠层板坯热轧复合，得到镁铝复合薄带。本申请具有改善镁铝复合薄带的韧性和强度的优点。
Description
技术领域
本申请涉及合金薄带领域，尤其是涉及一种镁铝复合薄带的制备方法。
背景技术
金属材料薄带可根据不同的应用场景和用途，采用不同的材料铸造和轧制而成，在高端装备和器材中有较为普遍的应用，对于特殊性能要求的薄带，往往会采用不同金属材料复合。
目前复合薄带材料的研究重点包括有镁合金和铝合金的复合，充分利用镁和铝两种金属各自的优点，镁合金具有电磁屏蔽功能，且具有比强度高、比刚度高的优点，铝合金应用广泛，质量轻，具有良好的机械强度和耐腐蚀能力，因此镁铝复合薄带具有较好的应用前景。
然而镁铝复合薄带存在的问题是，在镁合金与铝合金的结合界面容易存在脆性的Mg-Al金属化合物，如Al3Mg2，这会大大降低镁铝复合薄带的韧性和强度，限制了镁铝复合薄带的使用。
发明内容
为了改善镁铝复合薄带的韧性和强度，本申请提供一种镁铝复合薄带的制备方法。
本申请提供的一种镁铝复合薄带的制备方法采用如下的技术方案：
一种镁铝复合薄带的制备方法，包括以下步骤：
S1.将原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，所述原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%~4%、Cu 5.5%~8.2%、Al0.5%~1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
连铸步骤中的铸造速度为2.5~5.5m/min；
S2.将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，得到叠层板坯，所述叠层板坯热轧复合，得到镁铝复合薄带。
通过采用上述技术方案，镁锂合金板与铝合金板之间设置夹层合金板，有效阻隔镁锂合金板与铝合金板的直接接触，并减少镁与铝相互扩散而形成脆性金属化合物；采用镁锂合金板作为镁合金层，改善镁合金层的变形加工能力，夹层合金板以锌为基，在热轧复合时，锌扩散至镁锂合金板和铝合金板的界面，其中镁与锌结合形成的共晶结构晶粒尺寸小，夹层合金板中的锗起到镁与锌共晶结构进一步细化的作用，有利于分散于复合界面，铜和锂起到增强共晶结构韧性的作用，提高薄带复合界面的结合强度；铝与锌结合形成固溶相，起到连接铝合金板与夹层合金板的作用，从而减少脆性断裂的发生，提高薄带整体的韧性和强度。
可选的，S1中，经过连铸后，夹层合金板的温度为370~390℃，经过冷却后，夹层合金板的温度为240~260℃。
通过采用上述技术方案，上述连铸后温度和冷却后温度的具体温度控制以及温度差控制，对夹层合金板合金相有影响，有助于改善夹层合金板自身的力学性能，并且使得夹层合金板的金属元素对镁锂合金板以及铝合金板的渗透作用更好，形成的加强合金相有助于减少复合薄带的各向异性。
可选的，S2中，热轧复合步骤为：
对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35~55％；
对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60~80％。
通过采用上述技术方案，分两次轧制，以满足镁锂合金板与铝合金板的塑性要求，并且细化镁锌共晶结构尺寸，减少镁锂合金板出现内裂和边裂的情况，且两次轧制间无需进行退火，生产效率更高。
可选的，所述镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为(6~8):1:(2~3)。
通过采用上述技术方案，上述厚度比充分发挥各层板的性能优势，并且有助于夹层合金板的金属扩散，形成稳定的金属化合物和固溶相，从而提高复合薄带的韧性。
可选的，S2中，在叠放之前，将镁锂合金板加热至275~290℃，将夹层合金板加热至160~180℃，将铝合金板加热至400~425℃。
通过采用上述技术方案，根据各层板的合金特性，施加不同的加热温度，适配于热轧复合步骤，从而获得强度更高的复合薄带。
可选的，S2中，在叠放之前，对镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的表面进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm。
通过采用上述技术方案，控制各层板的表面粗糙度，使各层板之间能够充分贴合，同时留有一定的粗糙度有助于金属扩散，形成稳定的合金相。
可选的，所述镁锂合金板选用的型号为LA121和LA141中的一种。
通过采用上述技术方案，控制镁锂合金中锂的重量含量在12%~14%，改善镁锂合金板的成型性能的同时，减少对镁锌共晶结构粗粒化的影响，并且少量的铝对镁与锌形成共晶结构有促进作用，从而提高复合薄带的力学性能。
可选的，所述铝合金板选用5xxx系列铝合金板。
通过采用上述技术方案，5xxx系列铝合金板含有少量镁，适于与镁锂合金板以及夹层合金板热轧复合。
可选的，所述镁铝复合薄带的厚度为0.35~0.5mm。
通过采用上述技术方案，上述制备方法可以制得厚度小的镁铝复合薄带，拓宽应用领域。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请镁锂合金板与铝合金板之间设置夹层合金板，有效阻隔镁锂合金板与铝合金板的直接接触，并减少镁与铝相互扩散而形成脆性金属化合物；采用镁锂合金板作为镁合金层，改善镁合金层的变形加工能力，夹层合金板以锌为基，在热轧复合时，锌扩散至镁锂合金板和铝合金板的界面，其中镁与锌结合形成的共晶结构晶粒尺寸小，夹层合金板中的锗起到镁与锌共晶结构进一步细化的作用，有利于分散于复合界面，铜和锂起到增强共晶结构韧性的作用，提高薄带复合界面的结合强度；铝与锌结合形成固溶相，起到连接铝合金板与夹层合金板的作用，从而减少脆性断裂的发生，提高薄带整体的韧性和强度。
2、本申请的热轧步骤分两次轧制，以满足镁锂合金板与铝合金板的塑性要求，并且细化镁锌共晶结构尺寸，减少镁锂合金板出现内裂和边裂的情况，且两次轧制间无需进行退火，生产效率更高。
实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种镁铝复合薄带的制备方法，包括以下步骤：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%、Cu 5.5%、Al 1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为2.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为370℃，然后夹层合金板经水淬冷却至240℃。
S2.选取镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA121，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至275℃，将夹层合金板加热至160℃，将铝合金板加热至400℃；
将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为6:1:2，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60％，镁铝复合薄带的厚度为0.5mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于S1步骤的不同。实施例2具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 4%、Cu 8.2%、Al 0.5%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为5.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为370℃，然后夹层合金板经水淬冷却至240℃。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于S1步骤的不同。实施例3具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 3.1%、Cu 7.2%、Al 1%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为2.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为370℃，然后夹层合金板经水淬冷却至240℃。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于S1步骤的不同。实施例4具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%、Cu 5.5%、Al 1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为2.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为390℃，然后夹层合金板经水淬冷却至260℃。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于S1步骤的不同。实施例5具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%、Cu 5.5%、Al 1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为2.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为440℃，然后夹层合金板经水淬冷却至280℃。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于S2步骤的不同。实施例6具体为：
S2.选取镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA121，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至290℃，将夹层合金板加热至180℃，将铝合金板加热至425℃；
将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为8:1:3，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为55％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为80％，镁铝复合薄带的厚度为0.35mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于S2步骤的不同。实施例7具体为：
S2.选取镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA141，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至275℃，将夹层合金板加热至160℃，将铝合金板加热至400℃；
将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为6:1:2，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60％，镁铝复合薄带的厚度为0.5mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于S2步骤的不同。实施例8具体为：
S2.选取镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA191，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板、夹层合金板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至275℃，将夹层合金板加热至160℃，将铝合金板加热至400℃；
将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为6:1:2，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60％，镁铝复合薄带的厚度为0.5mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
对比例
对比例1
一种镁铝复合薄带的制备方法，包括以下步骤：
选取镁锂合金板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA121，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至275℃，将铝合金板加热至400℃；
将镁锂合金板与铝合金板叠放，镁锂合金板与铝合金板的厚度比为6:2，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60％，镁铝复合薄带的厚度为0.5mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，夹层合金板改用纯锌板，即不设置S1步骤，只进行S2步骤，对比例2具体为：
选取镁锂合金板、纯锌板和铝合金板，其中，镁锂合金板的型号为LA121，铝合金板的型号为5052；
对镁锂合金板、纯锌板和铝合金板进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm；
利用电流加热的方式，将镁锂合金板加热至275℃，将纯锌板加热至160℃，将铝合金板加热至400℃；
将镁锂合金板、纯锌板与铝合金板依次叠放，镁锂合金板、纯锌板与铝合金板的厚度比为6:1:2，得到叠层板坯；
利用轧机对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35％；对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60％，镁铝复合薄带的厚度为0.5mm。
对镁铝复合薄带进行退火，退火温度为220℃，保温时间2h。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于S1步骤不同，对比例3具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 4.8%、Cu 2.9%、Al 1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为2.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为370℃，然后夹层合金板经水淬冷却至240℃。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于S1步骤不同，对比例4具体为：
S1.原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%、Cu 5.5%、Al 1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
其中，连铸步骤中的铸造速度为10.5m/min；
其中，经过连铸后，从铸机出来夹层合金板的温度为370℃，然后夹层合金板经水淬冷却至240℃。
性能检测
以实施例1-8和对比例1-4制得的镁铝复合薄带作为测试试样，进行以下测试。
参考 GB/T 228.1-2021《金属材料室温拉伸试验方法》，对测试试样进行屈服强度测试、抗拉强度测试和延伸率测试，测试结果如表1所示。
参考GB T 4156-2007《金属材料 薄板和薄带埃里克森杯突试验》，对测试试样进行杯突试验，测试结果如表1所示。
表1
| 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(%) | 杯突值(mm) | |
| 实施例1 | 284 | 342 | 17 | 9.2 |
| 实施例2 | 269 | 335 | 16 | 9.1 |
| 实施例3 | 279 | 340 | 16 | 9.3 |
| 实施例4 | 288 | 347 | 17 | 9.1 |
| 实施例5 | 270 | 332 | 16 | 8.7 |
| 实施例6 | 286 | 352 | 16 | 9.3 |
| 实施例7 | 290 | 348 | 17 | 9.2 |
| 实施例8 | 278 | 336 | 16 | 8.3 |
| 对比例1 | 196 | 253 | 10 | 6.2 |
| 对比例2 | 224 | 280 | 13 | 6.9 |
| 对比例3 | 242 | 296 | 14 | 7.8 |
| 对比例4 | 232 | 288 | 12 | 7.4 |
根据表1的测试结果，镁锂合金板直接与铝合金热轧复合的对比例1，在屈服强度、拉伸强度、延伸率和杯突值上均要劣于镁锂合金板、夹层合金板与铝合金热轧复合的实施例1，因此可以看出，在夹层合金板的作用下，镁铝复合薄带的韧性、强度和成型性能均有明显的提升。
结合对比例2-3的测试结果分析，以Zn为基础，加入Ge、Cu和Al，并且控制上述原料的比例，所制得的夹层合金板能够明显提升镁铝复合薄带的各项性能。
结合对比例4的测试结果分析，控制连铸过程的铸造速度为2.5~5.5m/min，对夹层合金板的性能有明显影响，进而影响夹层合金板与镁锂合金板以及铝合金板热轧复合时所发挥的作用。
结合实施例4-5的测试结果分析，在铸造夹层合金板的过程中，铸造完成时的温度以及经过水淬冷却后的温度同样对夹层合金板的性能有影响，进而影响镁铝复合薄带的性能。
结合实施例6-8的测试结果分析，热轧复合过程中控制镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的加热温度，并且控制变形量，不仅可以两道轧制完成、无需轧制中间设置退火步骤，而且对镁铝复合薄带的韧性和强度有良好的保持作用；另外，镁锂合金板采用锂的含量在12%~14%的型号，在镁铝复合薄带的成型性上有明显改善。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将原料经熔炼、连铸、冷却、轧制，得到夹层合金板；
其中，所述原料包含以下质量百分比计的成分：Ge 2.2%~4%、Cu 5.5%~8.2%、Al 0.5%~1.7%、余量为Zn及不可避免的杂质，总量为100%；
连铸步骤中的铸造速度为2.5~5.5m/min；
S2.将镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板依次叠放，得到叠层板坯，所述叠层板坯热轧复合，得到镁铝复合薄带。
2.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：S1中，经过连铸后，夹层合金板的温度为370~390℃，经过冷却后，夹层合金板的温度为240~260℃。
3.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：S2中，热轧复合步骤为：
对叠层板坯进行轧制，得到轧制板坯，轧制板坯相对于叠层板坯的变形量为35~55％；
对轧制板坯进行轧制，得到镁铝复合薄带，镁铝复合薄带相对于叠层板坯的变形量为60~80％。
4.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：所述镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的厚度比为(6~8):1:(2~3)。
5.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：S2中，在叠放之前，将镁锂合金板加热至275~290℃，将夹层合金板加热至160~180℃，将铝合金板加热至400~425℃。
6.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：S2中，在叠放之前，对镁锂合金板、夹层合金板与铝合金板的表面进行打磨，使表面粗糙度为50~150μm。
7.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：所述镁锂合金板选用的型号为LA121和LA141中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：所述铝合金板选用5xxx系列铝合金板。
9.根据权利要求1所述的一种镁铝复合薄带的制备方法，其特征在于：所述镁铝复合薄带的厚度为0.35~0.5mm。
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