一種金屬基複合材料的製備工藝的製作方法

2023-10-10 21:13:54

專利名稱：一種金屬基複合材料的製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬基複合材料加工領域，特別涉及一種金屬基複合材料的製備工藝。
背景技術：
傳統的金屬基複合材料的製備工藝有固態法、液態法以及其他方法，較多採用的是液態法。液態法是把增強材料混入鋁合金熔體中，由於溫度較高，增強材料會被氧化或燒蝕，同時會發生嚴重的界面反應，降低了複合材料的性能。固態法包括粉末冶金、熱壓、熱等靜壓、熱軋、熱擠壓、熱拉和爆炸焊接技術等，整個過程處於較低溫度，界面反應不嚴重，但複合材料的強度得不到保證，有時還要犧牲金屬材料本身的韌性。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能在室溫下製備出強度高、抗衝擊韌性好的金屬基複合材料生產工藝，以擴大金屬基複合材料的應用範圍及產品的附加值。
本發明的技術方案是在某些金屬塑性好、富有延展性，便於各種冷、熱加工的基礎上，採用較大的壓下率，冷軋具有增強材料夾層的金屬板，對複合後的板材進行熱處理，改善材料韌性，形成一定結合強度的界面。具體步驟包括板材表面和增強材料預處理、加入增強材料夾層、冷軋、熱處理等。
第一步板材表面和增強材料預處理利用砂輪和砂紙打磨掉板材表面的氧化層，對增強材料進行清洗和活化處理(如球磨等)；第二步增強材料夾層的加入將增強材料與易揮發的溶劑(如乙醇、丙酮等)拌和，均勻塗覆在板材表面，夾層厚度在0.01～0.1mm之間；第三步冷軋採取措施(如點焊)以確保按三明治結構放置的板材在軋制時不會發生現對移動，在板材軋制表面塗覆礦物油做為潤滑劑，以減小金屬的變形抗力和實現更大的壓下。軋制進給速度控制在0.1～0.5m/min之間，一次扎制壓下率為60～80％；第四步熱處理包括退火和時效處理，對於退火，溫度範圍為200～400℃，退火所選具體溫度要根據壓下率來確定，壓下率愈大退火溫度應愈低，退火時間一般為1～3h；對於時效，溫度範圍為150～200℃，時效時間大於12～24h。時效可以提高材料強度，激發增強材料在基體中的擴散，形成良好的界面結合。
本發明工藝可以適合於多種金屬複合板材的製備，例如可以用於鋁基複合板材、鎂基複合板材等的製備。其對應的增強材料例如氧化鋁、碳化矽等。
本發明的特點是採用冷軋和後續熱處理相結合的技術來製備金屬基複合材料。傳統的熱軋法主要用來將已複合好的顆粒、晶須、短纖維增強金屬基複合材料錠坯進一步加工成板材，或將由金屬箔和連續纖維組成的預製片製成板材，每次軋制的變形量小，軋制道次多。本發明是對傳統複合材料軋制技術的突破，其軋制過程不需要額外的加熱裝置；一次軋制的壓下率大，減少了軋制道次，減少或避免了了在軋制過程中進行軟化熱處理；可以生產很薄、尺寸公差很嚴和長度很大的複合板。利用大壓下率產生的機械力和變形熱可使增強材料與金屬板複合在一起，這種界面結合主要以機械結合為主，也兼有物理結合和化學結合，增強材料夾層的厚度是本工藝的關鍵之一。軋制速度和壓下率與材料的變形抗力和塑性有關，對製品的表面質量、內部組織、最終性能和生產效率影響很大，通過適當調節軋制速度可以使金屬板材發生動態再結晶，晶粒得到細化，提高複合材料的硬度和強度，因此軋制速度和壓下率的合理選擇也是本發明的關鍵。
冷軋後的板材已被加工硬化，熱處理起到了軟化的作用，冷軋時儲存在鋁板內和界面上應變能也得到釋放，增強材料與鋁板之間元素的擴散被激活或者發生適度的界面反應，形成以化學結合力為主的界面，提高了複合材料承受外加載荷的能力，同時保持一定的韌性。
具體實施例方式
實施例1納米氧化鋁顆粒增強鋁基複合板材的製備。依照對材料性能的要求，選擇了不同的工藝參數。L5-1鋁板長1000mm，寬200mm，厚2mm；兩層鋁板間的氧化鋁厚度為0.01mm，以乙醇為拌和劑均勻塗覆於預處理過的鋁板表面，點焊後將鋁板放置10min，使乙醇揮發；冷軋進給速度為0.4m/min，壓下率為80％。退火溫度為250℃，保溫2h。製得的氧化鋁顆粒增強鋁基複合板材為塑性材料，組織成分均勻，熱處理後氧元素在鋁板一側的分布明顯增加，屈服強度σ0.2為362Mpa，抗拉強度σb為430Mpa，室溫延伸率δ為16％。
實施例2納米氧化鋁顆粒增強鎂基複合材料板的製備。依照對材料性能的要求選擇工藝參數。AZ91鎂板長500mm，寬200mm，厚2mm；鎂板間氧化鋁厚度為0.1mm；冷扎進給速度為0.2m/min，壓下率為70％；在150℃時效10h。氧化鋁粉與鎂發生了輕微的界面反應，屈服強度σ0.2達到340Mpa，抗拉強度σb為386Mpa，室溫延伸率δ為6％。
實施例3碳化矽顆粒增強鎂基複合材料板的製備。依照對材料性能的要求選擇工藝參數。AZ91鎂板長500mm，寬200mm，厚2mm；將碳化矽與乙醇拌和後均勻塗覆與預處理過的鎂板表面，厚度為0.1mm；冷扎進給速度為0.2m/min，壓下率為60％；軋制後在200℃時效12h。碳化矽與鎂基結合良好，經測試，複合材料的屈服強度σ0.2達到335Mpa，抗拉強度σb為394Mpa，室溫延伸率δ為7％。
權利要求
1.一種金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於具體步驟如下第一步板材表面和增強材料預處理利用砂輪和砂紙打磨掉板材表面的氧化層，對增強材料進行清洗和活化處理；第二步增強材料夾層的加入將增強材料與易揮發的溶劑拌和，均勻塗覆在板材表面，夾層厚度在0.01～0.1mm之間；第三步冷軋採取措施以確保按三明治結構放置的板材在軋制時不會發生現對移動，在板材軋制表面塗覆礦物油做為潤滑劑，軋制進給速度控制在0.1～0.5m/min之間，一次扎制壓下率為60～80％；第四步熱處理包括退火和時效處理，對於退火，溫度範圍為200～400℃，退火時間一般為1～3h；對於時效，溫度範圍為150～200℃，時效時間大於12～24h。
全文摘要
本發明為一種金屬基複合材料的製備工藝。包括板材表面和增強材料的預處理、增強材料夾層的加入、冷軋、熱處理等步驟，其中控制合適的夾層的厚度，冷軋時的進給速度和壓下率等，以確保複合板材的硬度和強度，並保持其韌性。
文檔編號B22F7/04GK1586771SQ200410053070
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月22日 優先權日2004年7月22日
發明者嚴彪, 李剛, 陸偉, 唐人劍, 殷俊林 申請人:同濟大學