一种金属层状微梯度复合材料制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属层状微梯度复合材料制备方法，该方法主要是利用同系列异质多层金属轧制复合与热处理工艺，通过合金元素的界面扩散而获得微梯度复合材料。采用两种合金含量的金属进行轧制复合，对待复合的表面进行打磨处理，清洗；端部固定后；进行轧制复合，制备出多层异质金属复合板材。然后对复合板材进行热处理，并根据需要保温一定的时间，使合金元素在界面发生扩散，从而获得层状微梯度复合材料。本发明方法制备的金属层状微梯度复合材料，界面附近化学成分和性能存在明显微梯度，可以实现较好的界面结合强度。可以通过改变轧制复合工艺、叠层顺序和热处理工艺调控微梯度界面的数量和微梯度层的厚度。
【专利说明】一种金属层状微梯度复合材料制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属层状复合板加工【技术领域】，特别是涉及一种加速晶粒细化的塑性 加工方法。
【背景技术】
[0002] 现代高新技术的飞跃发展，引起材料科学领域内的不断变革，使得各种适应高新 技术发展的新材料应运而生。梯度材料正是适应了这种需要，成为材料领域绽开的一朵新 葩。从材料的结构角度来看，梯度材料与均一材料不同。它是选用两种（或多种）性能不 同的材料，通过连续地改变这两种（或多种）材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的 性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度材料。
[0003]金属层状复合板材是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同 的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备出的一种新型金属复合材料，在许多领域获得了 广泛的应用。
[0004] 然而，现有技术中的金属层状复合板材的金属结合界面的结合质量还有改进之 处。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对【背景技术】中提到的问题，提供一种提高金属复合板材界面结 合质量的方法。
[0006]为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种金属层状微梯度复合材料制 备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 1)金属板材前处理：准备两种金属板材，这两种金属板材属于同一合金系列，但 二者的主要合金元素的含量不同。将这两种金属板材退火处理，自然冷却。
[0008] 2)金属表面处理：将经过步骤1)处理的两种金属板材的待结合表面进行打磨处 理后，清洗其表面。
[0009] 3)复合板坯料固定：将经过步骤2)处理的两种金属板材交替地叠合，形成多层复 合板坯料。对所述多层复合板坯料的端部进行铆接固定。
[0010] 4)异质金属轧制复合：将步骤3)获得的多层复合板坯料轧制成规定厚度的金属 复合板。
[0011] 5)将步骤4)得到的金属复合板切割为两块。将这两块金属复合板叠放在一起、并 轧制成规定厚度后，得到累积叠轧的金属复合板。
[0012] 6)对所述累积叠轧的金属复合板进行热处理，得到的板材即为金属层状微梯度复 合材料。
[0013] 值得说明的是，本发明利用两种材料制备过程的相似之处，配合热处理工艺对金 属复合板材界面进行处理，通过金属元素的扩散作用，控制了元素的析出，使复合板结合界 面形成梯度复合层，从而制备出金属层状微梯度复合材料。与传统金属复合材料相比，微梯 度复合材料的界面结合质量更好，降低了界面处应力集中，提高了材料综合力学性能。
[0014] 进一步，步骤1)中，两种金属板材分别记为金属板材I和金属板材II。所述的金 属板材I选自工业纯铝1100或工业纯铝1050。所述的金属板材II选自铝合金7050或铝合 金 7075。
[0015] 进一步，步骤2)中，打磨的方式为手工打磨、砂轮打磨、或不锈钢刷打磨。打磨完 成后，使用酒精、丙酮或清水冲洗干净被打磨的板面，再使得板干燥。
[0016] 进一步，步骤3)中，两种金属板材分别记为金属板材I和金属板材II。按照金属 板材I和金属板材II相间的方式叠合。
[0017] 进一步，步骤4)中，乳制温度为室温或者热轧，乳制复合压下量为25?50%。
[0018] 进一步，在步骤5)结束、步骤6)开始前，进行如下步骤：采用类似于步骤5)的方 法，将累积叠轧的金属复合板切割为两块。将这两块板材叠放在一起、并轧制成规定厚度 后，得到第二次累积叠轧的金属复合板。重复本段所述的步骤若干次，得到第N次累积叠轧 的金属复合板。
[0019] 本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明在传统金属层状复合板轧制制备工艺的 基础上，通过热处理使两种或多种同系列金属复合板界面之间合金元素扩散作用，制备获 得金属层状界面微梯度复合材料。本发明的方法工艺简单、灵活，界面微梯度层的厚度可以 通过热处理工艺来进行调控，适用于其他同系列金属层状复合材料的制备，具有广阔的应 用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为金属层状复合板轧制制备示意图；
[0021] 图2为金属层状复合板界面微梯度示意图；
[0022] 图3为金属层状复合板界面附近第二相粒子的微梯度分布。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
[0024] 实施例1 :
[0025] -种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0026] 1)金属板材前处理：准备两种金属板材，两种金属板材分别记为金属板材I和金 属板材II。金属板材I和金属板材II具有相同或相近的厚度。实施例中，按照金属板材I 为软金属，厚度约为金属板材II为硬金属，厚度约为l-3mm。。金属板材I和金属板 材II属于同一合金系列，但二者的主要合金兀素的含量不同。
[0027] 优选的方式是，这种两种板材主要合金元素的不同是明显。例如，所述的金属板 材I选自工业纯铝1100或工业纯铝1050;所述的金属板材II选自铝合金7050或铝合金 7075。
[0028] 例如，工业纯铝1100的合金元素的含量（％ )为：
[0029]
【权利要求】
1. 一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 金属板材前处理：准备两种金属板材，这两种金属板材属于同一合金系列，但二者 的主要合金元素的含量不同；将这两种金属板材退火处理，自然冷却； 2) 金属表面处理：将经过步骤1)处理的两种金属板材的待结合表面进行打磨处理后， 清洗其表面； 3) 复合板坯料固定：将经过步骤2)处理的两种金属板材交替地叠合，形成多层复合板 坯料；对所述多层复合板坯料的端部进行铆接固定； 4) 异质金属轧制复合：将步骤3)获得的多层复合板坯料轧制成规定厚度的金属复合 板； 5) 将步骤4)得到的金属复合板切割为两块；将这两块金属复合板叠放在一起、并轧制 成规定厚度后，得到累积叠轧的金属复合板； 6) 对所述累积叠轧的金属复合板进行热处理，得到的板材即为金属层状微梯度复合材 料。
2. 根据权利要求1所述的一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于：步骤 1) 中，两种金属板材分别记为金属板材I和金属板材II ;所述的金属板材I选自工业纯铝 1100或工业纯铝1050 ;所述的金属板材II选自铝合金7050或铝合金7075。
3. 根据权利要求1所述的一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于：步骤 2) 中，打磨的方式为手工打磨、砂轮打磨、或不锈钢刷打磨；打磨完成后，使用酒精、丙酮或 清水冲洗干净被打磨的板面，再使得板干燥。
4. 根据权利要求1所述的一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于：步骤 3) 中，两种金属板材分别记为金属板材I和金属板材II ;按照金属板材I和金属板材II相 间的方式叠合。
5. 根据权利要求1所述的一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于：步骤 4) 中，乳制温度为室温或者热轧，乳制复合压下量为25?50%。
6. 根据权利要求1所述的一种金属层状微梯度复合材料制备方法，其特征在于：在步 骤5)结束、步骤6)开始前，采用类似于步骤5)的方法，将累积叠轧的金属复合板切割为两 块；将这两块板材叠放在一起、并轧制成规定厚度后，得到第二次累积叠轧的金属复合板； 重复上述步骤若干次，得到第N次累积叠轧的金属复合板。
【文档编号】B21B37/58GK104438322SQ201410570336
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】陈泽军, 王新筑, 沈宇腾, 王国军, 王强 申请人:重庆大学