CN117324381A - 一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法，属于有色金属材料加工领域。该方法包括:S1、对带包铝层的铝板进行打磨；S2、对包铝板和钽板进行表面预处理；S3、对包铝板进行加热并保温一段时间；S4、取出迅速和室温钽板进行组坯；S5、对组装坯料进行一道次地复合轧制，得到铝/铝/钽三层复合材料；S6、轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。本发明采用铝侧加热、钽侧不加热的异温复合轧制方法，与传统的冷轧复合法和热轧复合法相比，不仅解决了冷轧复合轧制时铝侧容易边裂的问题，还解决了热轧复合轧制时由于钽侧易氧化而导致的复合材料界面结合强度较差的问题，从而得到板形良好、界面结合强度较高的铝/铝/钽/三层复合材料。

Description

一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法

技术领域:

本发明属于有色金属材料加工技术领域,具体涉及一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法。

技术背景：

航天器在轨运行时会遭受空间辐射粒子轰击，对星用器件造成严重的总剂量效应危害，严重威胁航天产品在轨长寿命和高可靠运行。而我国航天部门针对空间强辐射防护往往采用单质铝合金2A12作为防护材料，但随着我国将长寿命中高轨、低成本商业卫星列入国家重大战略任务，单一2A12铝合金必须达到一定的厚度才能满足中高轨卫星的抗辐射需求，这无疑会增加卫星的重量，导致发射成本上涨。而已有研究显示在如果2A12后面加上一层钽，就可以在提高电子屏蔽性能的同时减轻质量，进而降低卫星的发射成本。

金属层状复合材料主要采用爆炸复合法、扩散复合法和轧制复合法等方法制备。其中爆炸复合法主要是利用爆炸的冲击力，使焊件发生剧烈碰撞、塑性变形、熔化及原子间的相互扩散，从而实现界面的牢固连接的一种方法，该方法虽然能够将性质相差较大的材料复合在一起并且生产出来的复合板具有较高的界面结合强度，但爆炸复合法存在着连续生产性低、环境污染大、还具有一定的危险性的缺点。而扩散复合法是把表面清洁的金属叠放在一起，然后加热到一定温度，同时加压，通过原子间相互扩散使界面结合在一起的方法。扩散复合法与爆炸复合法相比，虽然解决了污染环境以及安全性的问题，但是需要足够长的时间进行扩散复合，所以依然存在着生产效率低的缺点。

近几年来，轧制复合法被广泛应用于生产层状金属复合材料。轧制复合法是利用轧机巨大的压力，将金属表面的新鲜金属挤压出来，使其相互啮合从而实现材料的机械结合。与爆炸复合法和扩散复合法相比，轧制复合法生产工序简单，生产效率高且对环境无污染性。中高轨卫星上所用的铝/钽层状复合材料厚度比较薄，其中钽层只有零点几毫米，而且要求表面质量较高，相较于爆炸复合法和扩散复合法，只有轧制复合法能满足其要求。

然而2A12铝合金和钽延伸率差异显著，在室温下退火态2A12合金的延伸率在16％-20％，而退火态纯钽的室温延伸率能达到40％以上，如果采用冷轧复合法，2A12极易产生边裂使得复合板板形不好，甚至复合失败；钽虽然室温可加工性较好，但是高温抗氧化性极差，其在250℃以上就会发生剧烈氧化。如果采用热轧复合轧制的方式，虽然可能会解决铝侧容易产生边裂的问题，但钽层会发生剧烈氧化，那么可能会造成因为界面氧化而导致界面结合强度不高的问题和表面氧化而导致的表面质量不好的问题。

发明内容：

为了解决本领域存在的上述不足，本申请提供一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法，包括：

S1：准备相应的钽板和具有包铝层的铝板，并用砂轮机打磨包铝板的边部；

S2：对包铝板和钽板进行表面预处理；

S3：把包铝板加热到350℃-450℃并保温30min；

S4：立即取出加热后的包铝板，迅速和室温钽板叠放在一起进行组装坯料，其中包铝层和钽板进行贴合；

S5：将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次32％-39％地复合轧制，得到铝/铝/钽三层复合材料。

S6：轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

进一步的，所述包铝板为2A12合金板，包铝层为1A50合金，包铝层的厚度为小于等于0.2mm；钽板为钽2.5钨合金板，厚度一般为0.4-1mm。

进一步的，所述步骤S2具体过程如下：使用碱性除油剂对包铝板和钽板的待复合面进行清洗，随后用清水洗掉残余除油剂，将待复合面烘干后用钢丝刷对包铝板和钽板的待复合面进行打磨。

与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：

采用冷轧复合轧制的话，铝侧2A12合金会因为较差的延伸率而产生较严重的边裂问题。而钽板抗氧化能力很差，在250℃以上就会发生剧烈氧化，热轧复合轧制的温度一般在350℃以上，因此如果采用热轧复合轧制的话，钽侧既会因为界面氧化而导致复合材料界面结合强度不高还会因为表面氧化导致钽侧表面质量较差。本发明的制备铝/铝/钽三层复合材料采用的是一种铝侧加热、钽侧不加热的异温复合轧制方法，既能使铝层和钽层复合成功并且具有较好的板形，还能使钽侧在复合轧制时不发生氧化而保证复合材料具有较高的界面强度。

附图说明：

图1.实施例1对应的单铝加热350℃，压下量为38.9％的铝钽三层复合板宏观形貌图；

图2.实施例2对应的单铝加热400℃，压下量为32％的铝钽三层复合板宏观形貌图；

图3.实施例3对应的单铝加热400℃，压下量为38.8％的铝钽三层复合板宏观形貌图；

图4.实施例4对应的单铝加热450℃，压下量为38.7％的铝钽三层复合板宏观形貌图；

图5.对比例1对应的冷轧复合轧制失败的铝钽两层复合板宏观形貌图；

图6.对比例2对应的热轧复合轧制的铝钽两层复合板宏观形貌图。

具体实施方式

本申请的一种用异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法为：

1.准备相应的钽板和包铝层的铝板，并用砂轮机打磨包铝板的边部，将边部的微裂纹打磨掉；其中所述铝板为2A12合金板；所述包铝层为1A50合金；所述钽板为钽2.5钨合金板。

2.对包铝板和钽板的待复合表面进行表面预处理；其中用碱性除油剂对包铝板、钽板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合表面进行打磨。

3.把包铝板加热到350℃-450℃并保温30min；

4.当包铝板达到预定温度后，将包铝板取出，迅速和室温钽板叠放在一起，获得组装坯料；

5.将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次32％-39％地复合轧制，得到铝/铝/钽三层复合材料。

6.轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

下面结合具体实施例对本申请进行详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

该实例以包铝层为1A50(厚度为0.2mm)的2A12铝合金板(厚度为4.8mm)以及钽2.5钨板((厚度为0.6mm))为原料，使用异温复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.用砂轮机对2A12包铝板的边部进行打磨来去除边部的微裂纹。

2.用碱性除油剂对2A12包铝板、钽钨板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合面进行打磨。

3把2A12包铝板加热到350℃然后保温30min；

4.当料进行350℃加热处理完成后，将2A12包铝板取出，迅速以2A12包铝板、钽2.5钨板的顺序叠放在一起，获得组装坯料；

5.将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次38.9％的复合轧制，轧制速度为2m/min，得到铝/钽三层复合材料；

6.轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

使用该异温复合轧制工艺后，2A12包铝板和钽2.5钨板成功复合在一起，并且板形较好，界面结合强度达到70MPa。

实施例2：

该实例以包铝层为1A50的2A12铝合金板以及钽2.5钨板为原料(同实施例1)，使用异温复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.用砂轮机对2A12包铝板的边部进行打磨来去除边部的微裂纹。

2.用碱性除油剂对2A12包铝板、钽钨板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合面进行打磨。

3把2A12包铝板加热到400℃然后保温30min；

4.当料进行400℃处理完成后，将2A12包铝板取出，迅速以2A12包铝板、钽2.5钨板的顺序叠放在一起，获得组装坯料；

5.将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次32％的复合轧制，轧制速度为2m/min，得到铝/钽三层复合材料；

6.轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

使用该异温复合轧制工艺后，2A12包铝板和钽2.5钨板成功复合在一起，并且板形较好，界面结合强度达到42.5MPa。

实施例3：

该实例以包铝层为1A50的2A12铝合金板以及钽2.5钨板为原料(厚度同实施例1)，使用异温复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.用砂轮机对2A12包铝板的边部进行打磨来去除边部的微裂纹。

2.用碱性除油剂对2A12包铝板、钽钨板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合面进行打磨。

3把2A12包铝板加热到400℃然后保温30min；

4.当料进行400℃处理完成后，将2A12包铝板取出，迅速以2A12包铝板、钽2.5钨板的顺序叠放在一起，获得组装坯料；

5.将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次38.8％的复合轧制，轧制速度为2m/min，得到铝/钽三层复合材料；

6.轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

使用该异温复合轧制工艺后，2A12包铝板和钽2.5钨板成功复合在一起，并且板形较好，界面结合强度达到45.6MPa。

实施例4：

该实例以包铝层为1A50的2A12铝合金板以及钽2.5钨板为原料(厚度同实施例1)，使用异温复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.用砂轮机对2A12包铝板的边部进行打磨来去除边部的微裂纹。

2.用碱性除油剂对2A12包铝板、钽钨板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合面进行打磨。

3把2A12包铝板加热到450℃然后保温30min；

4.当料进行450℃处理完成后，将2A12包铝板取出，迅速以2A12包铝板、钽2.5钨板的顺序叠放在一起，获得组装坯料；

5.将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次38.8％的复合轧制，轧制速度为2m/min，得到铝/钽三层复合材料；

6.轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

使用该异温复合轧制工艺后，2A12包铝板和钽2.5钨板成功复合在一起，并且板形较好，界面结合强度达到65.3MPa。

对比例1：

该实例以2A12铝合金板以及钽2.5钨板(对应厚度同实施例1)为原料，使用冷轧复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.对2A12合金板的边部进行打磨。

2.用碱性除油剂对2A12合金板、钽钨板进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合表面进行打磨。

3.将打磨好的2A12和Ta-2.5W叠放好，获得组装坯料；

4.将组装坯料通过冷轧机，轧制速度为2m/min,进行一道次压下量为50％的室温复合轧制。使用该轧制工艺后，2A12边部出现裂纹使表面挤出的新鲜金属不足，导致铝板和钽钨板复合失败。

对比例2：

该实例以2A12铝合金板以及纯钽板为原料(对应厚度同实施例1)，使用热轧复合轧制方法制备，具体制备方法包括：

1.对2A12合金板的边部进行打磨。

2.用碱性除油剂对2A12合金板、纯钽进行清洗来去除材料表面的油污，然后在用清水洗掉残余碱性除油剂；随后把板材加热到100℃，将板面烘干；再用使用钢丝刷将各合金板的待复合表面进行打磨。

3.以2A12、纯钽板的顺序组装好坯料。

4.对组装坯料进行加热，加热温度为350℃，保温30min。

5.当坯料达到预定温度后，将其取出。

6.将组装坯料通过轧机，轧制速度为2m/min,进行一道次压下量为50％的热轧复合轧制；使用该轧制参数后，材料成功复合，界面结合强度只有34MPa。

Claims (3)

1.一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：准备相应的钽板和具有包铝层的铝板，并用砂轮机打磨包铝板的边部；

S2：对包铝板和钽板进行表面预处理；

S3：把包铝板加热到350℃-450℃并保温30min；

S4：立即取出加热后的包铝板，迅速和室温钽板叠放在一起进行组装坯料，其中包铝层和钽板进行贴合；

S5：将组装坯料夹持住，然后迅速送入轧机进行一道次32％-39％地复合轧制，得到铝/铝/钽三层复合材料。

S6：轧后冷却，然后将复合板切边、矫直。

2.按照权利要求1所述的一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法，其特征在于，所述包铝板为2A12合金板，包铝层为1A50合金，包铝层的厚度为小于等于0.2mm，；钽板为钽2.5钨合金板，厚度为0.4-1mm。

3.按照权利要求1所述的一种异温轧制制备铝/铝/钽三层复合材料的方法，其特征在于，所述步骤S2具体过程如下：使用碱性除油剂对包铝板和钽板的待复合面进行清洗，随后用清水洗掉残余除油剂，将待复合面烘干后用钢丝刷对包铝板和钽板的待复合面进行打磨。