通过累积叠轧制造的Mg‑Li/Al材料的方法与流程

本发明涉及的是一种高强度高耐蚀性的Mg-Li/Al复合板材的制备方法。

背景技术：

镁锂合金是迄今为止密度最小的合金材料，也被称为超轻合金。其具有较高的比强度、比刚度和良好的高、低温韧性，优良的阻尼减震性、电磁屏蔽性以及机加工性能等，应用于航空航天、海洋、汽车、电子等领域。

但是，由于镁锂合金强度低、耐蚀性差的缺点，其在各领域的应用并不广泛。因此，开发出耐蚀性较好且强度较高的镁锂合金，研究新型的生产工艺，提高合金的产品质量，对国家工业的迅速发展具有至关重要的作用。

为了克服耐蚀性差的缺点，很多的学者对此做了大量的研究。克服耐蚀性差的主要方法之一就是在镁合金的表面覆盖一层耐蚀性较好的金属。覆盖方法主要有爆炸复合、轧制复合、扩散连接、搅拌摩擦焊等。由于受到加工设备的复杂程度、生产成本较高等条件的限制，复合板很难进行工业化生产。其中，轧制复合法，由于其低成本，加工工艺简单等特点，是最容易实现工业化的方法。

为了提高镁锂合金的强度，用稀土元素对镁锂合金进行合金化以及对合金进行适当的塑性变形加工是两种有效的方法。公开号为CN102978492A的专利文件中，公开了《一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金及其制备方法》，通过向Mg-Li合金中加入1％的稀土元素和0.2～0.6％的Zr作为合金化组元，使得合金抗拉强度有较为明显的提高。公开号为CN104004949A的专利文件中公开了《一种高强度镁锂合金的制备方法》，通过合金化和塑性变形加工获得了具有低密度、高强度的镁锂合金。虽然上述两种方法在一定程度上提高了镁锂合金的强度，但并不能同时改善其耐蚀性。而累积叠轧技术可以在保持材料横截面形状、面积不变的同时达到材料本身不容易达到的大变形量，累积叠轧其实就是对板材进行多次轧制复合的过程，理论上可以无限次重复。从而使材料的组织得到细化，大幅提高材料的力学性能。同时，累积叠轧的成本低廉、工艺简单，有希望实现大规模工业化连续生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种兼具高强度及高耐蚀性的通过累积叠轧制造的Mg-Li/Al材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

a)将待累积叠轧的镁锂合金及铝合金板材裁剪成尺寸相等的块；

b)对表面进行清洗，随后进行打磨处理；

c)将步骤b)得到的镁锂合金合金板材与铝合金板材在四角打孔并用铆钉固定；

d)将步骤c)得到的Mg-Li/Al合金板材进行轧制，轧制温度为400℃，压下率50％，轧前保温10～15min；

e)按照步骤a)～d)重复叠轧4～6次。

镁锂合金及铝合金分别为Mg-8Li-3Al-1Zn合金与1070铝。

本发明能制备出兼具高强度及高耐蚀性的Mg-Li/Al多层复合板材。分别做了200℃、250℃、300℃、350℃、400℃下进行了累积叠轧验证，在轧制温度250℃时，复合板发生了开裂，轧制温度在300℃-350℃时，复合板产生明显的边裂，这是因为当温度较低时，Mg-8Li-3Al-1Zn合金中密排六方结构的α相滑移系较少，塑性较差，导致变形困难；当轧制温度为400℃时，铝板与镁锂合金板结合良好，且无明显边裂现象，这是因为随着轧制温度的升高，α相中个滑移系在临界剪切应力逐渐降低，使得变形时能够参与的滑移系增多，增加了α相的塑性变形成型能力，且材料能够产生很大程度的回复与再结晶而使其得到软化，塑性变形增加，在适当的压下率下能够从表面挤出更多的新鲜金属二形成更好的结合。当轧制温度升高到450℃后，镁锂合金板脱锂较为严重，且当轧制温度过高时，金属表面严重氧化，会大大减少金属表面的有效接触面积而降低两种金属结合的可能性。

本发明通过在适当的温度(400℃)下多道次累积叠轧，使复合板在保持轻质特性的前提下具有较高的强度以及较好的耐蚀性。

本发明的技术方案：待累积叠轧的镁锂合金及铝合金分别为Mg-8Li-3Al-1Zn合金和1070纯铝，工艺为首先将合金铸锭变形加工为合金板材，再进行累积叠轧。

本发明所具有的实质性特点和有益效果：

1、本发明将累积叠轧焊工艺应用于双相镁锂合金与1070铝，一方面可以细化晶粒，并使得α相和β相变得细小且分布更加均匀；另一方面使镁锂合金的耐蚀性得到提高。既通过加工硬化和细晶强化提高合金强度，又通过在镁锂合金表面覆盖铝层提高其耐蚀性。最终得到兼具高强度与高耐蚀性的Mg-Li/Al层状复合板，室温下抗拉强度达到270～290MPa，延伸率达到7.1％～9.7％。

2、本发明中通过累积叠轧焊工艺制备Mg-Li/Al层状复合板，在提高镁锂合金强度的同时改善其耐蚀性。复合板材中Mg-Li合金为Mg-8Li-3Al-1Zn，铝板为1070纯铝板，Mg-Li合金板与铝板交替叠合，最终得到的复合板材共有64层。

附图说明

图1是实施例1中Mg-Li/Al复合板累积叠轧6道次后界面的微观照片。

图2是实施例1中Mg-Li/Al复合板累积叠轧各道次应力-应变曲线。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做详细描述，但是应当理解，这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明做简单改进，都属于本发明要求保护的范围。

实施例1：

镁锂合金的化学成分(质量百分比)为：Li：8.3％，Al：3.2％，Zn：1.3％，余量为Mg，铝为1070纯铝。

将镁锂合金板材与铝板进行累积叠轧：

a)将待累积叠轧的镁锂合金板材与铝板裁剪成尺寸相等的两块，

b)对板材表面进行清洗，打磨处理。

c)将处理完的镁锂合金板与铝板叠合并在四角打孔用铆钉固定。

d)对固定好的板材进行第1道次累积叠轧，轧制压下率为50％，轧制温度为400℃，轧制前保温时间为15min。

d)用同样的方法进行第2～6道次累积叠轧，轧制参数不变。

得到一种兼具高强度与高耐蚀性的Mg-Li/Al层状复合板，累积叠轧6道次后界面微观照片见附图1，可见界面结合良好，镁锂合金与纯铝变形较为均匀，具有一定的连续性。随着累积叠轧道次的增加，复合板抗拉强度逐渐提高且延伸率逐渐降低，见附图2。累积叠轧6道次后合金室温下抗拉强度为290.54MPa，延伸率为7.1％。