一种镁合金包覆铝合金的复合棒材及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金包覆铝合金的复合棒材及其制备方法，复合棒材是在镁合金基材中包覆有铝合金芯材并通过复合挤压工艺结合为一体，镁合金基材为棒材。制备时，先在圆棒状的镁合金挤压坯料上沿长度方向加工用于埋设铝合金挤压坯料的通孔或盲孔，将与通孔或盲孔内径一致的铝合金挤压坯料楔入其内；然后固溶处理；最后在200℃-500℃的挤压温度下进行挤压加工成需要直径的棒材即可。本发明通过调控芯部铝合金的比例来提高复合结构材料的强度，芯部设计更为复杂的复合结构棒材（多芯）增加了复合界面，具有更高的结合力，且不受初始挤压坯料表面氧化的影响，提高了复合结构棒材的冲击韧度，使复合结构棒材具有良好的冲击性能。
【专利说明】一种镁合金包覆铝合金的复合棒材及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合棒材的改进，具体涉及一种镁合金包覆铝合金的复合棒材及其制备方法，属于镁合金加工【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003]镁合金是最轻的结构金属材料，具有高比强度、高比刚度，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，使其在结构性与加工组件的应用与需求上大幅上涨。大多数3C (电脑、通讯与消费性电子产品)设备、汽车零组件、手工具、运输工具等产业，都是镁合金技术可发挥应用的市场。但镁合金的强度、塑性总的来说均低于铝合金。所以，提高镁合金的室温和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题。目前国内外在镁合金的强化方面进行了大量的研究，并取得了积极的成果，已应用于镁合金的强化处理方法主要有合金化强化、热处理强化和晶粒细化。添加不同的合金元素，利用固溶强化、沉淀强化和弥散强化来提高镁合金的室温和高温力学性能，但此类方法易受到冶金质量以及稀土元素高成本的限制，不适用于大规模批量生产。通过快速凝固、等通道角挤压(ECAE)以及大比率挤压(通常为100:1)可以显著细化晶粒组织，但这些工艺对设备的要求很高，实现大规模生产有一定的困难。
[0004]铝合金比重轻，具有高的比强度，塑性成形能力好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在工业上广泛应用。目前国内外在镁铝双金属复合方面进行了大量的研究，并取得了积极的成果，目前应用较为广泛的主要有复合挤压、真空扩散连接、混合铸造以及累积叠轧等工艺方法。复合挤压是一种新型的制备双金属复合型材的工艺方法，相比传统的制备方法，此方法在制备复合型材中有低成本、工艺简单以及实验耗时短(约几分钟)等明显的优势而越来越受到关注。相比复合挤压工艺方法，真空扩散连接也能在复合界面处产生明显的扩散层，但此类方法易受到扩散层结合差以及实验耗时长的限制。通过混合铸造工艺也能获得复合界面良好的结合，但跟复合挤压工艺相比，此类方法易受到冶金质量以及加工成本昂贵的限制。通过多道次累积叠轧工艺也能在复合界面处获得良好的扩散层，但跟复合挤压工艺相比，此类方法有成本较高、工艺复杂、实验耗时长以及仅限于制备复合板材等劣势。
[0005]在复合挤压的相关文献中，有通过复合挤压加工制备铝合金包覆镁合金棒材的报道，但这种加工工艺的目的是用于提高镁合金的耐腐蚀性能。而如果要提高镁合金的冲击韧度和强度，上述产品和方法则无法达到。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可以提高冲击韧度和强度的镁合金包覆铝合金的复合棒材。同时提供该复合棒材的制备方法。[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种镁合金包覆铝合金的复合棒材，在镁合金基材中包覆有铝合金芯材并通过复合挤压工艺结合为一体，镁合金基材为棒材。
[0009]所述铝合金芯材为铝合金芯棒且数量为两根及以上，在镁合金基材上绕其圆心在同一圆周上均匀设置有与铝合金芯棒数量及大小一一对应的孔，所有的铝合金芯棒嵌于对应的孔中。
[0010]所述招合金芯材为招合金芯筒且为一根，招合金芯筒与镁合金基材同心，在招合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
[0011]所述铝合金芯材为铝合金芯筒且为两根或多根，所有铝合金芯筒直径不同且与镁合金基材同心，相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒，最里层的铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
[0012]一种镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，按如下步骤进行:
1)在圆棒状的镁合金挤压坯料上沿长度方向加工用于埋设铝合金挤压坯料的通孔或盲孔，将与通孔或盲孔内径一致的铝合金挤压坯料楔入其内；然后在400°C -500°c下固溶处理；
2)最后在200°C_500°C的挤压温度下进行挤压加工成需要直径的棒材即可。
[0013]所述铝合金挤压坯料为铝合金芯棒且数量为两根及以上，所有的铝合金挤压坯料绕镁合金挤压坯料圆心在同一圆周上均匀分布。
[0014]所述铝合金挤压坯料为铝合金芯筒且为一根，铝合金芯筒与镁合金挤压坯料同心，在铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
[0015]所述铝合金挤压坯料为铝合金芯筒且为两根或多根，所有铝合金芯筒直径不同且与镁合金挤压坯料同心，相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒，最里层的铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
[0016]本发明通过调控芯部铝合金的比例来提高复合结构材料的强度。与传统的镁铝单芯复合结构棒材相比，芯部设计更为复杂的复合结构棒材(多芯)增加了复合界面，具有更高的结合力，且不受初始挤压坯料表面氧化的影响，提高了复合结构棒材的冲击韧度，使复合结构棒材具有良好的冲击性能。
[0017]与其它加工方法相比，本发明具有结合力好，操作简便等优点。
[0018]【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1-本发明复合棒材实施例1结构示意图。
[0020]图2-本发明复合棒材实施例2结构示意图。
[0021]图3-本发明复合棒材实施例3结构示意图。
[0022]图4-本发明复合棒材实施例4结构示意图。
[0023]【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明进行详细说明。[0025]本发明镁合金包覆铝合金的复合棒材，是在镁合金基材I中包覆铝合金芯材2并通过复合挤压工艺使两者结合为一体，镁合金基材I为棒材。
[0026]所述铝合金芯材2有铝合金芯棒和铝合金芯筒两种结构，而铝合金芯棒和芯筒又有不同的包覆方式，具体如下:
一、铝合金芯材2为铝合金芯棒且数量为两根及以上，在镁合金基材I上绕其圆心在同一圆周上均匀设置有与铝合金芯棒数量及大小一一对应的孔，所有的铝合金芯棒嵌于对应的孔中，见图1，图1中铝合金芯棒数量为六根。
[0027]二、招合金芯材2为招合金芯棒且数量为一根,招合金芯材2位于镁合金基材I中心，见图2。
[0028]三、招合金芯材2为招合金芯筒，招合金芯筒为一根且与镁合金基材同心，在招合金芯筒中填充有镁合金芯棒3。见图3。
[0029]四、铝合金芯材2为铝合金芯筒且为两根或多根，所有铝合金芯筒直径不同且与镁合金基材I同心，相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒4，最里层的铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒3，见图4，图4中铝合金芯筒为两根。
[0030]本发明镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，按如下步骤进行:
I)在圆棒状的镁合金挤压坯料上沿长度方向加工用于埋设铝合金挤压坯料的通孔或盲孔，将与通孔或盲孔内径一致的铝合金挤压坯料楔入通孔或盲孔内；然后在4000C -500°C下固溶处理；该通孔或盲孔可以直接通过铸造获得，或在铸态镁合金挤压坯料上钻孔获得。
[0031]2)然后再在不同的温度条件下挤压加工成需要直径的棒材即可，其挤压温度为200。。至 500。。。
[0032]基于上述不同的铝合金芯棒和芯筒结构，铝合金挤压坯料有如下对应的结构。
[0033]所述铝合金挤压坯料为铝合金芯棒且数量为两根及以上，所有的铝合金挤压坯料绕镁合金挤压坯料圆心在同一圆周上均匀分布。
[0034]所述铝合金挤压坯料为铝合金芯筒，所述铝合金芯筒为一根或多根不同直径的套筒并与镁合金挤压坯料同心。相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒坯料，最里层的铝合金芯筒坯料中填充有镁合金芯棒坯料。
[0035]本发明中铝合金芯棒或芯筒既可以均匀分布，也可以随机分布。
[0036]下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
[0037]实施例一:
镁锭的初始尺寸为Φ 81 X 120mm，在靠近心部处掏出3个Φ 16X 115mm的深孔，再将三个Φ16Χ115πιπι的6082铝合金棒材放入孔中，再在450°C固溶。固溶1.5h后，取出试样，在450°C进行挤压，最终挤压棒直径为9mm。此类三芯结构设计的铝合金在所制备的挤压棒材的心部，镁合金与铝合金的比例与初始坯料中镁合金与铝合金比例基本一致。
[0038]实施例二:
镁锭的初始尺寸为Φ 78X 118mm，在靠近心部处掏出3个Φ 9X IlOmm的深孔，再将三个Φ 9 X IIOmm的7050铝合金棒材放入孔中，再在400°C固溶。固溶2h后，取出试样，在350°C进行挤压，最终挤压棒直径为16_。此类三芯结构设计的铝合金在所制备的挤压棒材的心部，镁合金与铝合金的比例与初始坯料中镁合金与铝合金比例基本一致。[0039]实施例三:
镁锭的初始尺寸为Φ80X 120mm，在靠近心部处掏出6个Φ 12X 115mm的深孔，再将6个Φ 12 X 115mm的7050铝合金棒材放入孔中，再在450°C固溶。固溶1.5h后，取出试样，在500°C进行挤压，最终挤压棒直径为12_。此类六芯结构设计的铝合金在所制备的挤压棒材的靠近心部处，镁合金与铝合金的比例与初始坯料中镁合金与铝合金比例基本一致。
[0040]实施例四:
镁锭的初始尺寸为Φ81Χ120πιπι，在其心部掏出Φ20Χ115πιπι的深孔，放入一个Φ 20 X 115mm的6082铝合金棒材，另在铝合金棒材中心处掏出一个Φ IOX 115mm的深孔，再将一个Φ IOX 115mm的镁合金棒材放入孔中，再在460°C固溶。固溶3h后，取出试样，在350°C进行挤压，最终挤压棒直径为16mm。此类环形结构设计的铝合金在所制备的挤压棒材的靠近心部处，镁合金与铝合金的比例与初始坯料中镁合金与铝合金比例基本一致。
[0041]本发明通过采用挤压加工方法制备镁合金包覆铝合金棒材，棒材表面为镁合金，芯部可设计为不同结构的铝合金(如三芯、六芯、环形等)，挤压制备的棒材具有结合力高，且不受初始挤压坯料表面氧化的影响，表面镁合金外套可通过控制初始挤压坯料中镁合金的坯料的体积分数来控制。挤压棒材芯部可设计为不同结构的铝合金(如三芯、六芯、环形等)，其尺寸大小可通过控制初始挤压坯料中镁合金和铝合金的比例进行调控。与单纯的镁合金棒材相比，此种复合挤压结构可通过调控芯部铝合金的比例来提高复合结构材料的强度。与传统的镁铝单芯复合结构棒材相比，芯部设计更为复杂的复合结构棒材增加了复合界面，提高了复合结构棒材的冲击韧度，使复合结构棒材具有良好的冲击性能。
[0042]本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【权利要求】
1.一种镁合金包覆铝合金的复合棒材，其特征在于:在镁合金基材中包覆有铝合金芯材并通过复合挤压工艺结合为一体，镁合金基材为棒材。
2.根据权利要求1所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材，其特征在于:所述铝合金芯材为铝合金芯棒且数量为两根及以上，在镁合金基材上绕其圆心在同一圆周上均匀设置有与铝合金芯棒数量及大小一一对应的孔，所有的铝合金芯棒嵌于对应的孔中。
3.根据权利要求1所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材，其特征在于:所述铝合金芯材为铝合金芯筒且为一根，铝合金芯筒与镁合金基材同心，在铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
4.根据权利要求1所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材，其特征在于:所述铝合金芯材为铝合金芯筒且为两根或多根，所有铝合金芯筒直径不同且与镁合金基材同心，相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒，最里层的铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
5.一种镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，其特征在于:按如下步骤进行: 1)在圆棒状的镁合金挤压坯料上沿长度方向加工用于埋设铝合金挤压坯料的通孔或盲孔，将与通孔或盲孔内径一致的铝合金挤压坯料楔入其内；然后在400°C -500°C下固溶处理； 2)最后在200°C_500°C的挤压温度下进行挤压加工成需要直径的棒材即可。
6.根据权利要求5所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，其特征在于:所述铝合金挤压坯料为铝合金芯棒且数量为两根及以上，所有的铝合金芯棒绕镁合金挤压坯料圆心在同一圆周上均勻分布。
7.根据权利要求5所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，其特征在于:所述招合金挤压还料为招合金芯筒且为一根，招合金芯筒与镁合金挤压还料同心，在招合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
8.根据权利要求5所述的镁合金包覆铝合金的复合棒材制备方法，其特征在于:所述铝合金挤压坯料为铝合金芯筒且为两根或多根，所有铝合金芯筒直径不同且与镁合金挤压坯料同心，相邻铝合金芯筒之间的环带状区域填充有镁合金芯筒，最里层的铝合金芯筒中填充有镁合金芯棒。
【文档编号】B21C23/24GK103878198SQ201410152397
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】信运昌, 聂建峰, 刘庆, 冯波, 洪睿, 吴洋 申请人:重庆大学