一种制备超高强度金属箔材的深冷异步轧制工艺的制作方法

本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种制备超高强度金属箔材的深冷异步轧制工艺。

背景技术：

目前，超高强度的金属箔材得到越来越多的关注。对于很多金属材料，随着箔材厚度的降低价格成指数上涨。主要原因是箔材厚度降低，其加工难度大幅增加。

与此同时，对于一些难变形金属箔材轧制过程中，轧件的变形抗力与硬度远远超过轧辊的硬度时候，轧制过程中轧辊可能会被轧裂，从而造成加工事故，给企业造成很大的损失。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备超高强度金属箔材的深冷异步轧制工艺，可制备得到超高强度的金属箔材，比如中熵合金箔材、高熵合金箔材、特种钢箔材等，避免轧辊出现裂纹缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备超高强度金属箔材的深冷异步轧制工艺，包括如下步骤：

第一步：以纯铝箔材和超硬金属箔材为原料，将纯铝箔材对折，完全包覆好超硬金属箔材，放入深冷箱中进行冷却；

第二步：将冷却的复合箔材取出，进行深冷异步轧制；

第三步：将轧制后的带材放入深冷箱中重新冷却；

第四步：将冷却的带材再进行深冷异步轧制；

重复第三步和第四步6-10次，得到层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材；

第五步：对层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材进行加热，软化润滑层，将铝层与超硬金属层进行剥离，取出超硬金属箔材，即所制备的超高强度金属箔材。

优选地，所述第一步中，纯铝箔材轧制前的厚度为100-300μm，超硬金属箔材的厚度控制在100～200μm。

优选地，所述第一步中，超硬金属为中熵合金、高熵合金或者特种钢。

优选地，将纯铝箔材和超硬金属箔材剪切成长方形尺寸，纯铝箔材的宽度与超硬金属箔材相同，但是长度为超硬金属箔材的一倍。

优选地，所述第一步中，在超硬金属箔材表面涂上耐低温润滑油脂，以防止纯铝箔材和超硬金属箔材在轧制过程中发生塑性粘合。

优选地，所述第一步中，所述深冷箱采用氮气进行冷却，冷却温度范围为-100℃～-50℃，冷却时间10分钟，将复合箔材均匀冷却；所述第三步中，冷却时间5-10分钟

优选地，所述第二步中，深冷异步轧制参数如下：道次压下率20％-35％，轧制过程中上轧辊与下轧辊之间的异速比(v1：v2，v1为上轧辊速度，v2为下轧辊速度)为1.1-1.4之间。

优选地，所述第四步中，深冷轧制的道次压下率维持在15％-25％。

优选地，所述第五步中，加热温度为40-60℃。

优选地，所述第五步中，取出的超硬金属箔材的厚度控制在5～25μm。

本发明的主要原理为中熵合金、高熵合金、特种钢等在超低温情况下虽然强度非常之高，但是韧性也非常优异，同时，超低温情况下铝合金材料具有非常优异的塑性变形能力，与此同时，铝合金的变形抗力较低，不会伤害轧辊表面。并且铝合金材料价格便宜，易于回收利用。因而，采用铝合金材料作为牺牲材料，利用复合层状材料制备过程中材料平面应变相同的原理，制备超硬的中熵合金箔材、高熵合金箔材、特种钢箔材等。通过多道次深冷轧制首先制备出铝/超高硬度材料/铝的层状材料，然后，通过去除表层的铝层，获得单独的超高硬度材料箔材。

与现有技术相比，本发明工艺可以克服超硬金属材料对轧辊材质的要求和潜在危险，制备出超高强度的中熵合金箔材、高熵合金箔材、特种钢箔材，这些箔材在微成形制造、电子材料、汽车、航空航天等领域具有重要应用前景。

附图说明

图1所示为超高强度金属箔材的深冷异步轧制制备流程图。

图中，1.纯铝箔材；2.超硬金属箔材；3.耐低温润滑油脂；4.堆叠的铝/超高强度金属/铝材料；5.深冷箱；6.深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材；7.轧制的铝/超高强度金属/铝复合箔材；8.上表面氮气喷枪；9下表面氮气喷枪；10.上轧辊；11.下轧辊；12.加热炉；13.层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材；14.单一的超高强度金属箔材。

图2为本发明实施例1所得超高强度金属箔材避免轧辊出现裂纹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明一种制备超高强度金属箔材的深冷异步轧制工艺，包括如下步骤：

第一步：以纯铝箔材1为原料，纯铝箔材1轧制前的厚度为100-300μm。超硬金属箔材2轧制前的厚度为100-200μm，超硬金属可为中熵合金、高熵合金或者特种钢等超硬材料。

第二步：将纯铝箔材1和超硬金属箔材2剪切成长方形尺寸，纯铝箔材1的宽度与超硬金属箔材2相同，但是长度为超硬金属箔材2的一倍。

第三步：将纯铝箔材1沿长度方向的中垂线对折，完全包覆好超硬金属箔材2，得到堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4。为了防止纯铝箔材1和超硬金属箔材2在轧制过程中发生塑性粘合，在超硬金属箔材表面涂上耐低温润滑油脂3。

第四步：将堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4放入深冷箱5中进行冷却，冷却10分钟，实现均匀冷却。深冷箱5采用氮气进行冷却，冷却温度范围为-100℃～-50℃，得到深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6。

第五步：将深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6取出作为轧件，利用上轧辊10和下轧辊11，进行深冷异步轧制，主要参数如下：道次压下率20％-35％，轧制异速比为1.1-1.4之间。轧制过程中，利用上表面氮气喷枪8和下表面氮气喷枪9，向轧件上下表面喷氮气，保持深冷。

第六步：将轧制的铝/超高强度金属/铝复合箔材7放入深冷箱5中重新冷却，冷却时间5-10分钟。

第七步：冷却后再次进行深冷异步轧制，道次压下率维持在15％-25％。

重复第六步和第七步6-10次，生产出层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13。

第八步：在加热炉12中，对制备的层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13进行加热，温度为40-60℃，软化润滑层，将铝层与超硬金属层进行剥离，取出单一的超高强度金属箔材14，即所要制备的超高强度金属箔材，其厚度控制在5～25μm。

以下是两个具体的实施例。

实施例1

20μm厚crconi中熵合金箔材深冷异步轧制制备，参考图1，步骤如下：

第一步：以纯铝箔材1为原料，纯铝箔材1轧制前的厚度为200μm。超硬金属箔材2厚度为100μm，选择中熵合金crconi箔材。

第二步：纯铝箔材1和超硬金属箔材2剪切成长方形尺寸，纯铝箔材1的宽度与超硬金属箔材2相同，长度为其一倍。

第三步：将纯铝箔材1对折，完全包覆好超硬金属箔材2，得到堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4。为了防止在轧制过程中发生塑性粘合，在超硬金属箔材2表面涂上耐低温润滑油脂3。

第四步：将堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4放入深冷箱5中进行冷却，冷却10分钟，实现均匀冷却。深冷箱5采用氮气进行冷却，冷却温度-100℃，得到深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6。

第五步：将深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6取出作为轧件，进行深冷异步轧制，主要参数如下：道次压下率20％，轧制异速比为1.1。

第六步：将轧制的铝/超高强度金属/铝复合箔材7放入深冷箱5中重新冷却，冷却时间8分钟。

第七步：将冷却的材料再进行深冷异步轧制，道次压下率维持在25％。

重复第六步和第七步6次，生产出层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13。

第八步：在加热炉12中，将层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13加热至50℃，然后，将铝层与crconi层进行剥离，取出crconi箔材，中熵合金crconi箔材的厚度为20μm。

crconi合金在深冷情况下，其强度达到2gpa，采用直接crconi进行深冷轧制，轧辊被轧裂，如图2所示。采用该方法制备crconi箔材时，有效地避免了轧辊出现裂纹。

实施例2

15μm厚cocrfenimn高熵合金箔材深冷异步轧制制备，参考图1，步骤如下：

第一步：以纯铝箔材1为原料，纯铝箔材1轧制前的厚度为300μm。超硬金属箔材2厚度为200μm，选择高熵合金cocrfenimn箔材。

第二步：纯铝箔材1和超硬金属箔材2剪切成长方形尺寸，纯铝箔材1的宽度与超硬金属箔材2相同，长度为其一倍。

第三步：将纯铝箔材1对折，完全包覆好超硬金属箔材2，得到堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4。为了防止在轧制过程中发生塑性粘合，在超硬金属箔材2表面涂上耐低温润滑油脂3。

第四步：将堆叠的铝/超高强度金属/铝材料4放入深冷箱5中进行冷却，冷却10分钟，实现均匀冷却。深冷箱5采用氮气进行冷却，冷却温度范围为-80℃，得到深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6。

第五步：将深冷处理的铝/超高强度金属/铝复合箔材6取出作为轧件，进行深冷异步轧制，主要参数如下：道次压下率30％，轧制异速比为1.2。

第六步：将轧制的铝/超高强度金属/铝复合箔材7放入深冷箱5中重新冷却，冷却时间在10分钟。

第七步：将冷却的材料再进行深冷异步轧制，道次压下率维持在25％。

重复第六步和第七步8次，生产出层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13。

第八步：在加热炉12中，将层状铝/超硬金属/铝双金属复合箔材13加热至55℃，然后，将铝层与cocrfenimn层进行剥离，取出cocrfenimn箔材。高熵合金cocrfenimn箔材的厚度为15μm。超低温变形过程中，cocrfenimn的强度达到将近1.8gpa，采用该方法制备cocrfenimn箔材时，有效地避免了轧辊出现裂纹。