镁-钢复合板及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种镁-钢复合板及其制备方法。所述镁-钢复合板的制备方法包括以下步骤：将镁板和钢板的待贴合面贴合，形成组合坯料；其中，镁板和/或钢板的待贴合面镀有镀层，所述镀层材料包括锌和/或铝；用夹具将组合坯料夹紧后置于真空或惰性气体氛围条件下，加热并保温；将加热完成的组合坯料送入轧机中轧制得到镁-钢复合板。本发明镁-钢复合板的制备方法简单、合理，通过在镁板和/或钢板的待贴合面添加金属镀层，有效解决了镁板和钢板界面在轧制过程中的冶金结合性差的问题，制备出一种界面结合强度高的镁-钢复合板。
【专利说明】镁-钢复合板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料技木，尤其涉及ー种镁-钢复合板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属复合板材是指在ー层金属板上覆以另外ー种或几种金属板，金属复合板可以在不降低使用效果的前提下达到节约资源、降低成本的效果。镁和镁合金具有密度小、比强/钢度高、弾性模量大、散热好和消震性好等一系列优点。钢铁是目前エ业上应用最为广泛的金属材料。由镁板和钢板复合的镁-钢复合板材具有优异的化学和物理特性:一方面，含有低密度镁板的镁-钢复合板相比单ー钢板能有效的降低结构件的整体重量，且镁-钢复合板的抗震、吸波等特点也弥补了钢铁板材不足；另ー方面，钢铁板材的加入可以有效的增强镁合金板材整体的强度，并且使镁合金板抗拉强度、表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗冲击性等一系列性能显著提高。基于这些特性，镁-钢复合板材在エ业上，特别是在航空航天、高铁和汽车等领域均具有广泛的应用前景。
[0003]目前，エ业上生产金属复合板的方法主要分为两种:爆炸复合法和轧制复合法。爆炸复合法生产的金属复合板尺寸较小，很难以满足大尺寸用户的要求；同时该方法影响金属复合板结合强度的因素多，能量消耗大，污染环境，成材率低，这ー系列的问题极大地制约了该方法的使用。轧制复合法能够比较容易地生产大尺寸的金属复合板，该方法采用将两种板材直接重叠加热后进行轧制，从而形成复合板材。轧制复合法的应用较为广泛，可以成功实现钢材(碳钢-不锈钢)之间复合板材的制备，以及部分异质金属复合板材的制备，例如:骆宗安等人公开了碳钢-不锈钢复合板材的制备和钛合金-不锈钢复合板材的制备，杜云慧等人公开了铜合金-钢材的制备、孔凡涛等人公开了 TiAl-钛合金复合板材的制备。
[0004]目前公开的金属复合板材方法都是直接将板材接触轧制，主要用于复合能发生反应的板材之间，采用现有轧制方法制备高性能镁-钢复合板材还存在一定困难，主要是因为:镁和钢两种金属熔、沸点差异大，镁的沸点仅为1090°C，远低于铁的熔点1538°C，二者在液态下难以共存；镁在钢上的润湿性差，两者之间难以实现有效的铺展；镁和钢这两种异质金属冶金性差，镁在铁中的溶解度接近于0，同时没有其它金属间化合物或中间相的产生，二者之间几乎不存在冶金结合或者是冶金反应。镁/钢异质材料界面两侧存在巨大的性质差异梯度，因此使用现有轧制复合法直接制备镁-钢复合板材难以实现优质的界面连接，从而制备得到的金属复合板材之间界面结合强度低，无法满足エ业领域对金属复合板材性能的需求。因此，实现镁和钢板材界面高强度结合是镁-钢轧制复合方法的技术关键。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对现有轧制方法难以将镁/钢异种金属之间形成优质的界面连接，无法满足エ业领域对金属复合板材性能的需求的问题，提出ー种镁-钢复合板的制备方法，以实现镁/钢异种金属的高强度连接。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:ー种镁-钢复合板的制备方法，包括以下步骤:
[0007]将镁板和钢板的待贴合面贴合，形成组合坯料；其中，所述镁板和/或钢板的待贴合面镀有镀层，所述镀层材料包括锌和/或铝；
[0008]用夹具将组合坯料夹紧后置于真空或惰性气体氛围下，加热并保温；
[0009]将加热完成的组合坯料送入轧机中轧制得到镁-钢复合板。
[0010]进ー步地，所述镁板为单质镁板或镁合金板。
[0011]进ー步地，所述镁板和钢板尺寸相配合。
[0012]进ー步地，在对镁板和/或钢板的待贴合面镀镀层前，需对待贴合面除杂。
[0013]进ー步地，所述镁板和/或钢板的待贴合面通过电镀或热浸镀的方法镀有镀层。
[0014]进ー步地，所述镀层厚度为2-30 U m。
[0015]进ー步地，所述真空的真空度达到0.005Pa以下。
[0016]进ー步地，所述加热温度为350?500°C，所述保温时间为0.1?lh。
[0017]进ー步地，所述轧制条件为:轧制速度0.3?2m/s，总压下率在5_30%之间，末道次压下率5-10%，在该轧制条件下轧制能得到界面结合强度较高的镁-钢复合板，以满足エ业领域对性能需求。
[0018]本发明还公开了ー种镁-钢复合板，由所述镁-钢复合板的制备方法制备而成。
[0019]本发明镁-钢复合板的制备方法简单、科学，与现用技术相比较具有以下几方面优点:(1)本发明采用轧制复合法，能实现镁、钢异质金属的大面积连接；(2)先在钢板和/或镁板表面添加镀层，然后再进行复合板材轧制制备，镀层金属能作为过渡元素与镁、钢同时发生反应，实现了异质金属的冶金结合，并且可以改善了镁在钢表面的润湿性；(3)真空条件或惰性气氛条件加热后复合轧制能有效解决镁-钢复合板制备过程中界面容易氧化的问题。得到界面结合强度高、表面耐磨性好、抗拉强度高、耐腐蚀性好和抗冲击性强的镁-钢复合板，这也将进ー步拓展镁-钢复合板的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例1所述镁合金-碳钢双层复合板材的制备方法示意图；
[0021]图2为实施例2所述碳钢-镁合金-碳钢三层复合板材的制备方法示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明公开了ー种高界面结合强度镁-钢复合板的制备方法，具体包括以下步骤:
[0023]将镁板和钢板的待贴合面贴合，形成组合坯料；其中，镁板和/或钢板的待贴合面镀有镀层；在待贴合面添加镀层能有效解决镁-钢异种金属冶金结合性，镀层金属的加入能有效的实现镁/钢异质材料的过渡，降低二者因熔点差异较大导致的连接困难，即镀层金属能起到桥梁作用改善镁/钢冶金相客性差问题，实现镁/钢异种金属的高强度连接。本发明镀层材料选取的原则为:能同时与镁、钢发生冶金反应，所述镀层材料包括但不限于锌和/或铝。所述镁板和/或钢板的待贴合面通过电镀或热浸镀的方法镀有镀层。所述镀层厚度为2-3011111，优选的厚度为511111。本发明所述待贴合面(待拟合面)即为镁板和钢板的结合面。[0024]本发明所述镁板不仅包括单质镁板，还包括各种镁合金板。为了便于实施，本发明所述镁板和钢板尺寸相配合，所述尺寸相配合是指镁板和钢板的长、宽尺寸相等，在镁板和钢板的待贴合面贴合时，能完全重合；可以理解也可采用形状不同的镁板和钢板贴合后再进ー步裁切制备复合板。在对镁板和/或钢板的待贴合面镀镀层前，需对待贴合面除杂以避免杂质影响镁板和钢板的结合强度，除杂包括清除附着在待贴合面上的氧化层，例如去除钢板表面的铁锈。
[0025]用夹具将组合坯料夹紧后置于真空条件下或惰性气体氛围，加热并保温；所述真空的真空度达到0.005Pa以下，所述加热温度为350?500°C，所述保温时间为0.1?lh，所述加热设备包括但不限于电阻加热炉。本发明在真空或惰性气体氛围环境加热组合坯料，能有效减少或杜绝镁-钢复合板制备过程中界面的氧化。
[0026]最后将加热完成的组合坯料送入轧机中轧制，得到界面结合强度较高的镁-钢复合板，可以满足エ业领域对性能需求。所述轧制条件为:轧制速度0.3?2m/s，总压下率在5-30%之间，末道次压下率5-10%，在该轧制条件下轧制能得到界面结合强度较高的镁-钢复合板，以满足エ业领域对性能需求。
[0027]本发明镁-钢复合板的制备方法，关键在于在镁板和/或钢板的待贴合面添加了金属镀层，从而解决了镁板和钢板界面(待贴合面)在轧制过程中冶金结合性差的问题，提高了复合板界面结合强度，实现了镁-钢复合板材的高性能制备。采用该方法制备的镁-钢复合板具有合金抗拉强度高、表面耐磨性强、抗冲击性和耐腐蚀性佳的优点。
[0028]以下结合具体实施例对本发明进ー步说明:
[0029]实施例1
[0030]图1为实施例1所述镁合金-碳钢双层复合板材的制备方法示意图。
[0031]本实施例公开了ー种镁合金-碳钢双层复合板材的制备方法，如图1所示，该制备方法包括以下步骤:
[0032]首先通过初步轧制获得一定厚度的镁合金板材，并进行裁剪，制得长宽尺寸一致的镁合金板2和钢板I各ー块,除去镁合金板2和钢板I上的锈层等氧化层,本实施例中镁合金板2的材质为AZ31，尺寸为700mmX700mmX5mm，钢板I的材质为Q235钢，尺寸为700mm X 700mmX 1mm。
[0033]采用电镀法在钢板I的一面制备厚度为2iim的纯锌层5 ;将镁合金板2和钢板I镀锌层5相対，使其完全重合，形成镁-镀锌钢的组合坯料；将组合坯料夹紧放入电阻加热炉中，开始抽真空，当真空度达到0.005Pa时，开启电阻加热炉将组合坯料加热到350°C,保温30min ;最后,将经过热处理的组合还料送入轧机4中轧制,轧制速度2m/s,末道次压下率为10%，总压下率为20%，将轧制后的镁-钢复合板进行裁剪，最終得到尺寸为700 X 700mmX 5mm的镁-钢复合板，其中镁层厚度为4臟，钢层厚度为1mm。本实施例制备的镁合金-碳钢双层复合板材具有合金抗拉强度高、表面耐磨性強、抗冲击性和耐腐蚀性佳的优点。
[0034]实施例2
[0035]图2为实施例2所述碳钢-镁合金-碳钢三层复合板材的制备方法示意图。
[0036]本实施例公开了ー种碳钢-镁合金-碳钢三层复合板材的制备方法，如图2所示，该制备方法包括以下步骤:[0037]首先通过初步轧制并进行裁剪，制得长宽尺寸一致的ー块镁合金板2和两块钢板1，除去镁合金板2和钢板I上的锈层等氧化层，其中镁合金板2材质为AZ61，尺寸为600_X600_X5mm,钢板 I 材质为 Q235 钢，尺寸为 600mmX600mmX0.5mm。
[0038]然后采用热镀法分别在钢板I的两面分别制备厚度10 y m的铝锌合金层3 ;将镁合金板2和钢板I叠加，其中镁合金板2位于两块钢板中间，钢板I的镀铝锌合金层3表面与镁合金板2相対，使其完全重合，形成钢-镁-钢的组合坯料；再将组合坯料夹紧放入电阻加热炉内，并在炉通入中氩气，然后加热到400°C，保温40min ;最后将经过热处理的组合坯料送入轧机4中轧制，轧制速度0.4m/s末道次压下率为5%，总压下率为10%，将轧制后的钢-镁-钢复合板进行裁剪，最终得到尺寸为600X600_X5.5mm的钢-镁-钢三层复合板，其中镁层厚度为4.5mm，两侧钢层厚度分别为0.5mm。本实施例制备的碳钢-镁合金-碳钢三层复合板材具有合金抗拉强度高、表面耐磨性强、抗冲击性和耐腐蚀性佳的优点。
[0039]实施例3
[0040]本实施例公开了ー种镁合金-不锈钢双层复合板材的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
[0041]首先通过初步轧制并进行裁剪，制得长宽尺寸一致的镁板和钢板各一块，并除去镁板和钢板上的锈层等氧化层，本实施例中镁板的材质为AZ31，尺寸为500mmX500mmX4.8mm,钢板的材质为304不镑钢,尺寸为500_X500_X 1mm。
[0042]在钢板的一面制备厚度为30 y m的纯铝层以实现良好过渡；将镁板和钢板的铝层相対，使其完全重合，形成镁-镀铝钢的组合坯料；再将组合坯料夹紧放入电阻加热炉内，并在炉通入中氩气，然后加热到450°C，保温60min ;最后将经过热处理的组合坯料送入轧机中轧制，轧制速度lm/s，末道次压下率为10%，总压下率为15%，将轧制后的镁-钢复合板进行裁剪，最终得到尺寸为500 X 500mmX 5mm的镁-不锈钢复合板，其中镁层厚度为4mm，钢层厚度为1mm。本实施例制备的镁合金-不锈钢双层复合板材具有合金抗拉强度高、表面耐磨性强、抗冲击性和耐腐蚀性佳的优点。
[0043]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管參照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.ー种镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将镁板和钢板的待贴合面贴合，形成组合坯料；其中，所述镁板和/或钢板的待贴合面镀有镀层，所述镀层材料包括锌和/或铝； 用夹具将组合坯料夹紧后置于真空或惰性气体氛围条件下，加热并保温； 将加热完成的组合坯料送入轧机中轧制得到镁-钢复合板。
2.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述镁板为单质镁板或镁合金板。
3.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述镁板和钢板尺寸相配合。
4.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，在对镁板和/或钢板的待贴合面镀镀层前，需对待贴合面除杂。
5.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述镁板和/或钢板的待贴合面通过电镀或热浸镀的方法镀有镀层。
6.根据权利要求1或5所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在干，所述镀层厚度为2_30 u nio
7.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述真空的真空度达到0.005Pa 以下。
8.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述加热温度为350?500°C，所述保温时间为0.1?Ih。
9.根据权利要求1所述镁-钢复合板的制备方法，其特征在于，所述轧制条件为:轧制速度0.3?2m/s，总压下率在5-30%之间，末道次压下率5_10%。
10.ー种镁-钢复合板，其特征在干，由权利要求1-9任意ー项所述镁-钢复合板的制备方法制备而成。
【文档编号】B21B37/00GK103551383SQ201310481532
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】刘黎明, 任大鑫, 宋刚, 王红阳 申请人:大连理工大学