一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法与流程

本发明涉及有色金属复合材料轧制技术领域，具体涉及到一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法。

背景技术：

根据国内矿产资源的调查报告，铁、铝、铜等主要的大众矿产如不依赖进口，最多只能维持开采10年，面临较为严峻的矿产资源紧缺危机。虽然我国镁矿藏资源十分丰富，可以通过研发镁及其合金的变形材来替代传统金属结构材料，但室温塑性差和不耐腐蚀等先天因素制约了镁的扩大应用。在此前提下，发展异种金属复合板材，具有十分重大的战略意义和工程价值。

目前，限制异种金属复合板材推广应用的关键环节是异种金属的复合与变形，而决定金属变形能力的主要因素之一是晶体结构。在诸多实用的异种金属材料中，铝、镁的晶体结构差异较大。因此，率先解决铝镁异种金属复合与变形问题，对下一步研究其他异种金属的复合与变形具有事半功倍的效果。铝、镁具有低密度、高比强度等共性，铝耐腐蚀而镁容易腐蚀，选择铝、镁进行复合轧制研究，不仅能够减小异种金属之间的性能差异，实现扬长避短，还能满足节能环保对产品轻量化的时代要求。

铝镁复合存在一个不可避免的现象，即界面会生成硬脆的金属间化合物mg17al12和mg2al3。已知，当这种金属间化合物呈弥散分布时能够有效地钉扎界面，一旦转变为连续分布就会严重影响界面结合。为了提高铝镁复合板界面结合强度，当前主要采用优化轧制与热处理工艺和在铝板镁板连接面添加金属箔材两种方法，但仍然存在铝镁复合板界面金属间化合物生长控制困难的问题。

cn108296288a公开了一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，主要原理为在钛/铝复合材料中间增加一层纳米颗粒，在对钛/纳米颗粒/铝复合材料施加脉冲电流过程中，纳米颗粒发生放电，实现材料界面局部区域材料界面的金属熔化，在随后的轧制过程中，熔化的金属在轧制压力的作用下，实现材料界面冶金结合。其对粉末的粒度要求较高，必须达到纳米级，增加了复合材料的制备成本，同时需要结合脉冲电流使用，增加了生产制造工序。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种通过在铝-镁复合板界面喷洒金属粉末来提高板材界面结合强度的方法。

本发明所述的提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，对铝合金板和镁合金板进行表面处理，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为10~30μm；

s2，将金属粉末均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面；

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后进行边部焊接；

s4，轧制复合，得到铝-镁复合板。

进一步，所述金属粉末为铜粉、铒粉和镱粉中的一种，粒度为25~65μm，喷洒密度为50~300g/m²。

进一步，所述金属粉末粒度与铝合金板和镁合金板的表面粗糙度的关系为：粉末粒度2表面粗糙度≤5。

进一步，所述s2中采用气流喷雾的方式将金属粉末均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s。

进一步，所述s3中的边部焊接为超声波点焊，焊接能量为1000~1500kj，振幅为45~55%，压力为0.3~0.5mpa。

进一步，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。

进一步，所述s4中轧制复合包括如下步骤：

步骤一，预热，预热温度为350~400℃，预热时间为30~45min；

步骤二，热轧，热轧温度为350~450℃，首道次压下率为30~35%，总压下率为40~50%；

步骤三，中间退火，退火温度为200~250℃，退火时间为30~60min；

步骤四，冷轧，冷轧温度为150~200℃，每道次压下率为20~25%；

步骤五，最终退火，退火温度为200~250℃，退火时间为60~120min。

在对铝-镁复合板界面结合的前期研究中发现，当界面呈连续分布的金属间化合物的厚度超过5μm时，板材界面结合强度就会大幅下降。因此，控制界面金属间化合物的形核和生长，防止金属间化合物呈连续分布是提高板材界面结合强度的关键所在。在铝板或镁板的连接面上喷洒金属粉末，是一种简单、高效的方法。

本发明通过在铝板、镁板的连接面上喷洒金属粉末，有利于增大板材表面的粗糙度，在轧制过程中使得铝、镁金属更容易啮合，形成牢固的连接界面；并且金属粉末，如铜粉能在热变形过程中通过扩散与铝、镁元素发生反应，生成不连续分布的金属间化合物al2cu相，替代连续分布的mg17al12、mg2al3相，而生成的不连续分布的金属间化合物al2cu相对温度的敏感性较差，在同等退火温度下保温时长大速度更慢，有效防止了金属间化合物的生长，提高了铝合金板和镁合金板的结合强度。在铝板或镁板表面喷洒铒粉或镱粉，也能收到类似铜粉的效果。

本发明通过限定金属粉末粒度与铝合金板和镁合金板的表面粗糙度的关系为：粉末粒度2表面粗糙度≤5，相应的限定了金属间化合物的生长空间，进而控制了铝-镁复合板界面金属间化合物的生长，防止其在界面呈连续分布，使得铝-镁复合板的界面结合强度能够得到显著提高。

附图说明

图1是本发明的铝-镁复合板喷洒金属粉末的结构示意图；

图2是本发明实施例一的界面金属间化合物的生长情况示意图；

图3是本发明对比例的界面金属间化合物的生长情况示意图。

图中，1—铝合金板，2—镁合金板，3—金属粉末。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为10μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为25μm，喷洒密度为50g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1200kj，振幅为50%，压力为0.4mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为400℃，保温时间为30min；热轧温度为450℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为200℃，保温时间45min；冷轧温度为150℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为200℃，保温时间为90min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板，参见图1，所示的铝-镁复合板包括位于上、下层的铝合金板1和位于两块铝合金板1之间的镁合金板2，在铝合金板1与镁合金板2之间均匀分布有金属粉末3。

对得到的铝-镁复合板的微观形貌进行观察，参见图2，铝合金板1和镁合金板2的结合界面由单质铜粉和少量金属间化合物al2cu相组成，经剥离强度试验测得铝-镁复合板的剥离强度为4.15kn/m。

对比例，不喷洒金属粉末，控制其余工艺参数与实施例一的工艺参数一致，得到未喷洒金属粉末的铝-镁复合板，对其进行微观形貌观察，参见图3，铝合金板和镁合金板的结合界面有大量呈连续分布的金属间化合物生成，主要为mg17al12和mg2al3相，金属间化合物的厚度约为15μm，经剥离强度试验测得板材剥离强度为2.33kn/m，低于实施例一的4.15kn/m，表明了金属粉末的引入提高了铝合金板和镁合金板的结合强度。

实施例二，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为20μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为45μm，喷洒密度为150g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1200kj，振幅为50%，压力为0.4mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为400℃，保温时间为30min；热轧温度为450℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为200℃，保温时间45min；冷轧温度为150℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为200℃，保温时间为90min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板，经剥离强度试验测得铝-镁复合板的剥离强度为3.74kn/m。

实施例三，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为30μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为65μm，喷洒密度为300g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1200kj，振幅为50%，压力为0.4mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为400℃，保温时间为30min；热轧温度为450℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为200℃，保温时间45min；冷轧温度为150℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为200℃，保温时间为90min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板，经剥离强度试验测得铝-镁复合板的剥离强度为2.61kn/m。

实施例四，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为15μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铒粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铒粉的粒度为35μm，喷洒密度为200g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1000kj，振幅为45%，压力为0.3mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为350℃，保温时间为45min；热轧温度为350℃，首道次压下率为30%，总压下率为40%；中间退火温度为200℃，保温时间30min；冷轧温度为150℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为200℃，保温时间为60min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

实施例五，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为20μm。

s2，采用气流喷雾的方式将镱粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，镱粉的粒度为45μm，喷洒密度为150g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1200kj，振幅为50%，压力为0.4mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为400℃，保温时间为30min；热轧温度为450℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为200℃，保温时间45min；冷轧温度为150℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为200℃，保温时间为90min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

实施例六，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为25μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铒粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铒粉的粒度为50μm，喷洒密度为150g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1500kj，振幅为55%，压力为0.5mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为380℃，保温时间为40min；热轧温度为450℃，首道次压下率为35%，总压下率为50%；中间退火温度为250℃，保温时间30min；冷轧温度为200℃，每道次压下率为20%；最终退火温度为250℃，保温时间为120min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

实施例七，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为25μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为50μm，喷洒密度为150g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1300kj，振幅为50%，压力为0.3mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为350℃，保温时间为45min；热轧温度为350℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为220℃，保温时间60min；冷轧温度为180℃，每道次压下率为23%；最终退火温度为220℃，保温时间为100min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

实施例八，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为25μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为25μm，喷洒密度为150g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1300kj，振幅为50%，压力为0.3mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为350℃，保温时间为45min；热轧温度为350℃，首道次压下率为30%，总压下率为45%；中间退火温度为200℃，保温时间50min；冷轧温度为180℃，每道次压下率为23%；最终退火温度为200℃，保温时间为110min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

实施例九，一种提高铝-镁复合板界面结合强度的方法，其包括如下步骤：

s1，裁取一定尺寸的铝合金板和镁合金板，所述铝合金板的长度大于镁合金板的长度，铝合金板的宽度大于镁合金板的宽度，保证轧制复合时铝合金板能够包覆镁合金板。然后采用汽油对铝合金板和镁合金板表面进行去油污处理，干燥，再采用钢刷刮擦铝合金板和镁合金板表面，去除表面氧化物，经表面处理的铝合金板和镁合金板的表面粗糙度为20μm。

s2，采用气流喷雾的方式将铜粉均匀喷洒在铝合金板或镁合金板表面，气流喷雾的流量为100~500mg/s，铜粉的粒度为40μm，喷洒密度为200g/m²。

s3，将铝合金板或镁合金板经过表面处理的表面与铝合金板或镁合金板喷洒有金属粉末的表面进行堆叠，然后采用超声波点焊进行边部焊接，焊接能量为1400kj，振幅为40%，压力为0.4mpa。

s4，轧制复合，依次进行预热、热轧、中间退火、冷轧、最终退火处理，其中预热温度为380℃，保温时间为40min；热轧温度为400℃，首道次压下率为35%，总压下率为50%；中间退火温度为200℃，保温时间45min；冷轧温度为180℃，每道次压下率为25%；最终退火温度为200℃，保温时间为100min，得到界面结合强度较好的铝-镁复合板。

以上所述内容，仅是本发明的较佳实验实例结果而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明权利要求书所限定技术方案的范围内。