专利名称：一种镁基包覆铝材复合镁板带材及其复合方法
技术领域：
本发明涉及有色金属新材料领域，具体涉及一种镁基包覆铝材复合镁板带材，简称包铝镁板带。
背景技术：
由于镁合金具有轻量化、高强度、耐压性、散热佳、抗振动、能吸收电磁辐射、80％以上的镁合金还可再回收利用，对环境污染小等优点。在很多领域正在逐渐取代塑胶材料、钢材和铜铝材，被广泛应用于汽车工业、国防军工、计算机、手机、各种家用电器(如电视和空调)、航空航天、交通工具、机械设备、通信设备、办公设备、光学设备、体育用品等多个领域，是21世纪的朝阳产业。镁合金被称为“绿色金属”，随着技术的进步和人们生活水平的不断提高，其应用领域会越来越广泛。
我国的镁资源十分丰富。菱镁矿资源总量31.45亿t，符合炼镁要求的I、II级矿占78％。白云石资源遍及全国各省区。已探明的储量在40亿t以上，青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿t，硫酸镁16亿t。较低的投资成本，丰富的煤炭资源，低成本的原料供应，以及充裕的劳动力优势，都使镁在中国的生产具有良好的经济性和竞争性。我国目前已经成为世界上主要的镁生产国，2005年的原镁锭产量已超过35万吨，占全世界镁产量的70％以上。我国镁锭大量出口到世界各国，大量低价原材料冲击世界市场。另一方面，我国汽车工业、3C产品(计算机、通讯和消费类电子产品)用镁深加工产品，如镁型材和镁板带材又大量进口，特别是板带材几乎100％的依靠进口，形成了低价出口，高价进口的恶序循环。
国家非常重视镁合金的深加工研究和开发，在“十五”其间，投资了4000多万元，组织了21个省市的众多研究院所、高等学校和企业进行了镁及镁合金的产业化前期关键技术研究，虽然突破了一批前沿技术，培育了几家镁合金生产的高新技术企业。但在应用领域更为广泛的镁板带材的产业化方面，还有许多关键技术没有突破。由于镁合金具有密排六方晶体结构，对称性低，室温下塑性很差、成形困难；另一方面耐腐蚀性能较差，生产过程需要进行专门的防腐处理，增加了生产工序和增大成本。因而，镁板带材的产业化还需要解决一系列关键技术和共性技术。为此，国家准备将镁板材的研究开发分为九个课题列为“十一五”重大攻关项目。
目前阻碍镁合金板广泛应用的主要原因1)、镁为密排六方晶格，室温下只有单一滑移系{0001}<1120>，镁合金的室温塑性变形非常困难，导致轧制过程产生裂边、压漏、断带等缺陷，因此冷轧镁及镁合金板带材十分困难，这也是目前国内外科学家正在全力攻克的技术关键所在；2)、二是镁合金的腐蚀性能很差，镁的电极电位为-2.37V，是负电性很强的金属，在潮湿大气、海水、无机酸及盐类、有机酸、甲醇等介质中均会发生剧烈的腐蚀；为提高镁合金的耐腐蚀性，需要对镁合金表面进行防腐蚀处理，如改变合金成分、优化热处理工艺、阳极化、激光表面合金化、表面涂层等，大大增加了镁合金的加工成本，限制了镁及镁合金的应用领域。
正是因为上述缺陷的存在，使镁及镁合金的加工成本比铝合金高出几十倍。
发明内容
本发明的目的是针对制约镁及镁合金生产和应用的两大关键问题一室温塑性变形能力低和耐腐蚀性能差，提出一种包铝镁板带及其复合方法，通过在镁及镁合金基材上包覆铝或铝合金，利用铝及铝合金塑性变形优良和很好的耐腐蚀性能来改善镁的冷轧塑性变形和提高抗腐蚀性能。
本发明提出的包铝镁板带是其以镁或镁合金板、带或板锭为基材，两面包覆铝合金板或带材，通过热轧或冷轧塑性变形复合成的结构。
本发明所述的包铝镁板带，其镁及镁合金基材可选自所有可塑性变形镁及镁合金，如纯镁系列合金牌号、Mg-Al系列合金、Mg-Mn系列合金、Mg-Zn系列合金、Mg-Y系列合金、Mg-Re系列合金、Mg-Th系列合金、Mg-Ca系列合金、Mg-Ag系列合金、Mg-Li系列合金、Mg-Cu系列合金等等；以及所有可塑性变形性镁及镁合金牌号如中国牌号MB1、MB2、MB3、MB4、MB5、MB6、MB7、MB8、MB14、MB15等，美国牌号M1A、AZ31、AZ61、AZ63、AZ80、ZK31、ZK60、ZK61、ZM21、ZC71等，德国牌号MgMn2、MgAl3Zn、MgAl6Zn3、MgAl8Zn、MgZn6Zr等，英国牌号MAG101、MAG111、MAG121、MAG161，以及日本、俄罗斯、法国等所有变形镁及镁合金牌号。
本发明所述的包铝镁板带，其表面包覆用铝及合金包括1000系纯铝系列合金、3000(Al-Mn)系列合金、5000(Al-Mg)系列合金、8000(Al-Fe)系列合金。
本发明所述包铝镁板带的包覆方法初始包覆采用机械压力预焊合或超声波焊接或氩弧焊接或其它点焊接，其目的是将这三者联接在一起，为热轧或中温轧制塑性变形焊合做准备，上述复合在一起的镁及镁合金基包铝板锭，在加热炉中加热至200-520℃后，保温0.5-24小时后出炉经热轧大压力塑性变形焊合在一起。后续工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺可就本发明所述的镁及镁合金基包覆铝复合镁板带材。
具体来说，包铝镁板带的复合方法有二种一种是热轧塑性变形复合法，先将镁及镁合金铸造成扁锭，扁锭规格依据生产设备(主要是考虑能通过热轧机和冷轧机来轧制塑性变形)规格来确定，铣去镁及镁合金扁锭表面的铸造缺陷并清洗干净备用，用事先准备的铝板将前述镁及镁合金扁锭包覆在一起，并通过包铝机的大压力将铝板固定在镁及镁合金扁锭上，或通过超声波焊接或氩弧焊接或其它点焊接，其目的是将这三者联接在一起，然后通过加热炉加热后再冷轧塑性变形焊合在一起，在加热炉中加热至料温400℃-510℃，保温0.5-24小时出炉再热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速度要低于60米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，以防止异物进入复合界面影响焊合，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度。后续工艺按一般镁及镁合金板带材生产工艺进行。其特点是板块式复合。其要点，包覆用铝板的规格不能小于镁及镁合金扁锭，长和宽都超出1～100mm；复合板带的热轧总压下率不能低于50％。
第二种方法是在冷轧机上中温轧制塑性变形复合方法先准备0.3～6.0mm厚镁及镁合金卷带一卷，0.05～1.2mm厚包覆用铝及铝合金卷带两卷，用此两卷铝及铝合金卷带将镁及镁合金卷带一卷带包覆在中间叠合成一卷，在带加热炉的冷轧上中温叠轧焊合，加热炉配置在开卷机与冷轧轧辊之间，加热炉炉温控制在100℃-620℃，第一道次轧制时不能喷射润滑液或冷却液，以防止异物进入复合界面影响焊合，轧制速度要低于120米/分，待镁板带与铝板带焊合后再按一般镁板冷轧工艺轧至目标厚度。后续其它后续工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。其特点是卷带式复合，可连续加热连续轧制，其要点是包覆用铝卷比镁及镁合金卷带要宽0～50mm；复合板带的总压下率不能低于50％。
上述发明的优点是，可减少镁板带轧制过程的裂边、压漏、擦划伤、断带等缺陷，提高复合镁板带材的冷变形能力，表面包铝层具有优良的耐腐蚀性能，对镁合金板起保护作用，可减少生产过程中对镁合金板的表面防腐涂层处理过程。
图1是本镁基包覆铝材复合镁板带材的断面结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，镁基包覆铝材复合镁板带材是以镁或镁合金板、带或板锭为基材B，上表面和下表面两面包覆铝合金板A、C，通过热轧或冷轧塑性变形复合而成。包铝镁板带的总厚度为H，其初始厚度为1-500mm，其成品厚度根据用户需要来确定，基材Bde厚度为h，上包覆铝板A和下包覆铝板C的厚度根据客户需要或工艺需要，二者可以是相同厚度，也可以是不相同厚度，其单面厚度为总厚度H的0.5-20％，二者的合金牌号可以是完全相同，也可以不相同，一切以用户的要求为准，无要求时采用相同合金牌号。
复合方法参见以下实施例例1AZ31(美国ASTM标准协会牌号)基镁合金包铝板包覆方法将AZ31镁合金铸造成板锭，板锭规格为30×150×300mm；采用1060铝合金(状态不限)作包覆层，包覆层铝合金规格为1×155×310mm，上下表面合金相同，规格相同，采用超声波焊接将上述镁锭和铝板的边部点焊在一起，在加热炉中加热至400℃-510℃，保温1-24小时出炉再经热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速度20米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度，后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例2将AZ31镁合金轧制成2.5mm厚板卷带，准备与AZ31卷带相同宽度0.1mm厚纯铝箔卷带两卷备用，两卷0.1mm纯铝箔将2.5mm厚AZ31镁合金一卷带包覆在中间叠合成一卷，在带加热炉的双开卷冷轧上中温叠轧焊合，加热炉炉温控制，100℃-620℃，第一道次轧制时不能喷射润滑液或冷却液，轧制速度40米/分，待镁板与铝板焊合后再按一般镁板冷轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例3MB5(中国变形镁合金牌号与美国ASTM标准协会AZ61A牌号相当)基镁合金包铝板包覆方法将MB5铸造成板锭，板锭规格为340×1260×2400mm；采用1060铝合金(状态不限)作包层覆，包覆层铝合金规格为20×1300×2450mm，上下表面合金相同，规格相同，采用起声波焊接将上述板锭和铝板的边部点焊在一起，或机械压力预焊合在一起，在加热炉中加热至400℃-510℃，保温1-24小时出炉再热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速度30米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例4MB15或ZK60基镁合金包铝板包覆方法将MB15或ZK60铸造成板锭，板锭规格为300×1060×2000mm；采用3003铝合金(状态不限)作包层覆，包覆层铝合金规格为10×1100×2050mm，上下表面合金相同，规格相同，采用超声波焊接将上述镁锭和铝板的边部点焊在一起，或机械压力预焊合在一起，在加热炉中加热至400℃-510℃，保温1-24小时出炉再热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速，30米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例5MB1或A1M1基镁合金包铝板包覆方法将MB1或A1M1铸造成板锭，板锭规格为340×1060×2000mm；一面采用1050铝合金(状态不限)，另一面采用3003作包层覆，包覆层铝合金规格是4×1100×2050mm，上下表面合金不相同，规格相同，采用起声波焊接将上述镁锭和铝板的边部点焊在一起，或机械压力预焊合在一起，在加热炉中加热至400℃-510℃，保温1-24小时出炉再热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速度35米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例6ZM21基镁合金包铝板包覆方法将ZM21铸造成板锭，板锭规格为240×1060×2000mm；一面采用1050铝合金(状态不限)，包覆层铝合金规格是10×1100×2050mm，另一面采用3003作包层覆，规格是6×1100×2050mm，上下表面合金不同，规格不相同，采用起声波焊接将上述镁锭和铝板的边部点焊在一起，或机械压力预焊合在一起，在加热炉中加热至400℃-510℃，保温1-24小时出炉再热轧塑性变形焊合。注意第一道次轧制速，30米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
例7MB7或AZ80A基镁合金包铝板包覆方法将MB7或AZ80A镁合金按一般镁合金板材生产工艺轧制成厚度为4.0×1060×卷(mm)，准备0.2×1060×卷(mm)铝箔卷带两卷备用，两卷0.2×1060×卷(mm)铝箔将4.0×1060×卷(mm)厚MB7或AZ80A镁合金一卷带包覆在中间叠合成一卷，在带加热炉的双开卷冷轧上中温叠轧塑性变形焊合。加热炉炉温控制在400℃-620℃，第一道次轧制时不能喷射润滑液或冷却液，轧制速度60米/分，待镁板与铝板焊合后再按一般镁板冷轧工艺轧至目标厚度。后续其它工艺按用户要求同一般镁合金板生产工艺。
权利要求
1.一种镁基包覆铝材复合镁板带材，其特征在于其是以镁或镁合金板带为基材，两面包覆铝合金板带材，通过热轧或冷轧塑性变形复合成的结构。
2.根据权利要求1所述的镁基包覆铝材复合镁板带材，其特征在于基材镁或镁合金板带的合金系列选自纯镁系列合金牌号、Mg-Al系列合金、Mg-Mn系列合金、Mg-Zn系列合金、Mg-Y系列合金、Mg-Re系列合金、Mg-Th系列合金、Mg-Ca系列合金、Mg-Ag系列合金、Mg-Li系列合金或Mg-Cu系列合金；所述包铝层合金牌号选自1000系纯铝系列合金、3000(Al-Mn)系列合金、5000(Al-Mg)系列合金或8000(Al-Fe)系列合金。
3.根据权利要求1所述镁基包覆铝材复合镁板带材，其特征在于两面包铝合金板带材的厚度相同或不相同，其单面厚度控制在总厚度H的0.5～20％，两面的合金牌号完全相同或不相同。
4.制备权利要求1、2或3所述镁基包覆铝材复合镁板带材的复合方法，其特征在于制备板带材采用热轧塑性变形复合法，先将镁或镁合金板或板锭和铝合金板按顺序放置，采用机械压力预焊合、超声波焊接、氩弧焊接或其它点焊接将这三者联接在一起，然后通过加热炉加热至料温400℃-510℃，保温0.5-24小时后出炉再热轧塑性变形焊合在一起；在第一道次轧制速度要低于60米/分，且轧制过程中不能喷射润滑液，以防止异物进入复合界面影响焊合，待镁合金与包覆层铝板完全焊合后再按正常镁合金板的热轧工艺轧至目标厚度；其中，包覆用铝合金板或带材的长和宽都超出镁及镁合金基材1～100mm，复合板带的热轧总压下率要高于或等于50％。
5.制备权利要求1、2或3所述镁基包覆铝材复合镁板带材的复合方法，其特征在于制备带材采用冷轧中温轧制塑性变形复合法，先用两卷铝及铝合金卷带将一卷镁合金卷带包覆在中间叠合成一卷，在带加热炉的冷轧上中温叠轧焊合，加热炉配置在开卷机与冷轧轧辊之间，加热炉炉温控制在100℃-620℃，连续加热连续轧制，第一道次轧制时不能喷射润滑液或冷却液，以防止异物进入复合界面影响焊合，轧制速度要慢，低于120米/分，待镁板带与铝板带焊合后再按一般镁板冷轧工艺轧至目标厚度；其中包覆用铝卷比镁及镁合金卷带要宽0～50mm；复合板带的总压下率要高于或等于50％。
全文摘要
本发明涉及一种镁基包覆铝复合镁板带材，是以镁板或镁板锭作基材，在板的两表面包覆铝板，通过热轧塑性变形焊合为复合镁板材，或在加热炉上冷轧上通过中温塑性变形复合为镁板带材。所采用基材镁板或镁锭的合金包括所有可塑性变形镁及镁合金，牌号包括所有可塑性变形镁及镁合金牌号；所包覆的铝板材为1000系纯铝或Al－Mg系铝合金或Al－Mn系铝合金或Al－Fe－Si－Mg(Zn或Cu)系包铝合金；所述包覆铝板材的单面厚度为总厚度的0.5－20％。其优点是可提高复合镁板带材的冷变形能力，表面包铝具有优良的耐腐蚀性能，对镁合金板起保护作用，可减少生产过程中对镁合金板的表面防腐涂层。
文档编号C22C23/00GK101049745SQ20071007846
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者蒋显全, 张秀锦 申请人:西南大学