一种镁铝合金复合材料及其制备工艺的制作方法

本发明涉及镁/铝合金复合材料的制备领域，具体涉及一种镁铝合金复合材料及其制备工艺。

背景技术：

被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁合金具有低密度、高比强度/比刚度、良好的导热散热性能等优点，被广泛的应用于航空航天、3c产品等领域。镁合金的密度只有铝合金的2/3左右，能更好的满足产品对轻量化的要求。尤其是在3c产品领域，3c产品是近几年来伴随着电子产业的发展而新兴起的，主要是指计算机类(computer)、通信类(communication)、消费类(consumer)电子产品，在这一行业中，科技的发展日新月异，升级换代频繁，几乎每个月都要推出大量新产品，这也就成为产品设计的热点领域，各个设计公司纷纷设立3c部门，专门进行此类产品的设计开发。

3c产品领域对轻量化和便携性的要求越来越迫切，但与铝合金相比，镁合金的表面处理工艺更难，且表面处理的颜色种类有限，难以满足用户对外观多样化、高质量的要求，所以限制了镁合金在3c产品领域更进一步的使用。现有镁合金和铝合金热轧复合的方案多采用夹金属层或铺设粉末，减少氧化层对复合过程的影响，但工艺复杂或对环境有严苛要求(真空或气体保护)，导致材料复合制备的效率不够，不能很好的适用于大规模工业化生产。

针对上述问题和目前对轻量化及外观多样化的需求，本发明提供一种能综合解决轻量化和表面多样化要求的镁/铝合金复合材料的制备工艺。

技术实现要素：

针对目前现有技术的缺点，本发明提供了一种镁铝合金复合材料及其制备工艺，铝合金板和镁合金板热轧复合后，结合强度好，且具有较好的轻量化和耐蚀性能。

本发明的一种镁铝合金复合材料的制备工艺，包括以下步骤：

s1、材料准备，将准备复合镁合金板、铝合金板及辅材表面进行清洁处理，保证材料表面无氧化物、油污杂质；

s2、将表面处理后的材料叠放，使辅材位于镁合金板和铝合金板之间，进行简易复合固定；

s3、放入炉中预热使辅材熔化，再进行多次热轧复合，直到材料达到目标厚度；

s4、轧制完成后进行热扩散退火处理。

进一步地，所述辅材为金属锡。熔点在250℃以下、廉价、无毒、无害。

进一步地，所述镁合金板材与铝合金板材的厚度比大于1。

更进一步地，所述镁合金板包括az31、az42、zk61、mb2中的任一种变形镁合金，所述铝合金板包括纯铝、5052、6061中的任一种。

更进一步地，步骤s1中表面清洁处理包括喷砂、喷丸、机械砂除或溶液浸泡工艺中的一种或多种；所述简易复合工艺包括焊合、销/铆结合和机械嵌合中的任一种。

具体地，所述辅材为板状、条状或丝状中的任一种，厚度0.2-0.6mm。

优选地，所述辅材为板状，厚度0.5mm。

更进一步地，步骤s2中叠放顺序为铝合金板和镁合金板分别放在上、下面，辅材为板状的锡板，夹在中间。

更进一步地，步骤s3中预热温度为250-480℃，预热时间0.5-3h。预热温度从240℃升到300℃过程中锡会完全熔化，预热温度的上限值可适应不同种类(牌号)的镁合金轧制。

更进一步地，步骤s3预热的加热炉为普通的电阻炉，放入炉中预热时保证镁板在下面及整个板材的水平度。

更进一步地，步骤s3中进行多道次热轧道次压下量为30％-80％，轧制速度7-15m/min，热轧温度为250-480℃，道次间的保温时间为10-60min。

更进一步地，步骤s4中热扩散退火温度为220-360℃，退火时间为1-4h。

一种镁铝合金复合材料，通过上述中任一项的制备工艺制得。

本发明通过热轧复合，制备出了结合性能良好的镁/铝合金复合材料，能满足产品对轻量化和表面处理多样化的迫切需求。其优点在于：

1、选用熔点较低的辅材预热熔化后，呈液态均匀铺覆在镁合金板表面，保护镁合金板的复合面不被氧化，在轧制时液态的辅材会从板材进入轧辊的后方挤压出来，保证无氧化的镁板和铝板热轧复合成型，减少镁氧化层对复合板材强度的影响，提高板材强度结合强度，大量的辅材被挤出后可收集进行循环回收利用，降低辅材损耗降低工艺成本，少量辅材以锡为例，会进一步与镁合金板形成mg2sn，属于面心立方晶体结构化合物，有利于提高结合面的塑性，改善结合面的脆性；同时该制备工艺只需选用普通的加热炉中预热，而无需选用真空炉或通入气体保护，降低了工艺难度和成本，提高了材料的复合生产效率。

2、选用金属锡作为辅材，镁合金板、锡板和铝合金板由下至上依次叠层放置，锡的熔点为232℃左右，当温度超过250℃时，锡熔化成液态，在自身重力的作用下，完全铺覆在镁合金板表面，镁合金板的氧化温度通常为300℃以上，因此可避免镁合金板上生成氧化层，且金属锡获取容易、便于操作，可应用于大规模的工业化生产。

3、选用镁/铝合金复合，控制复合材料中镁层的厚度大于铝层的厚度，可以控制复合板材的密度在2.2g/cm³以下，保证产品重量只有同体积铝合金产品重量的77.8％，能明显降低产品质量，满足轻量化的要求。

4、选用复合材料的铝合金面作为3c领域的零件(或产品)的外观面，铝合金面可通过阳极氧化等表面处理提高零件(或产品)的表面装饰性能，同时把质量轻盈的镁合金保护在里面，能提高零件(或产品)的耐腐蚀性能，所有铝合金能做的表面处理都能用在复合材料的表面提高材料的防护性能，解决镁合金表面处理工艺选择少，技术难度大的难点，保证表面效果的多样化需求；材料能较好地适用于3c产品领域。

附图说明

图1为复合板材做剪切强度测试的试样制备图。

其中，1-镁合金、2-铝合金。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，多属于本发明保护的范围。

实施例1

本实例选用5052铝合金和az31镁合金板材进行复合。先将准备好的2×200×300mm的5052合金板和az31镁合金板、0.5×200×300mm的锡板进行表面喷砂处理，清除板面的杂质及油污；将喷砂后的板材用5052铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在360℃保温1h；进行热轧，压下量为50％，轧制速度为10m/min，第一次热轧后的板材在360℃保温10min后，进行第2次热轧，轧到1mm厚左右；在280℃保温2h进行热扩散退火处理。

实施例2

本实例选用6061铝合金和az42镁合金板材进行复合。先将准备好的3×200×300mm的az42镁合金板材、2×200×300mm的6061合金板和0.5×200×300mm的锡板进行表面喷砂处理，清除板面的杂质及油污；将喷砂后的板材用6061铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在380℃保温1h；进行热轧，压下量为60％，轧制速度为12m/min，第一次热轧后的板材在380℃保温10min后，进行第2次热轧，轧到0.8mm厚左右；在280℃保温2h进行热扩散退火处理。

实施例3

本实例选用6061铝合金和az31镁合金板材进行复合。先将准备好的10×200×300mm的az31镁合金板材、5×200×300mm的6061合金板和0.5×200×300mm的锡板进行表面喷砂处理，清除板面的杂质及油污；将喷砂后的板材用6061铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在420℃保温1h；进行热轧，压下量为70％，轧制速度为12m/min，轧到4.5mm厚左右；在280℃保温2h进行热扩散退火处理。

实施例4

本实例选用5052铝合金和az61镁合金板材进行复合。先将准备好的2×200×300mm的5052合金板和az61镁合金板，0.3×200×300mm的锡板进行表面处理，表面处理通过稀盐酸进行清洗，清除板面的杂质及油污；将表面处理后的板材用5052铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在400℃保温1.5h；进行热轧，压下量为60％，轧制速度为10m/min，第一次热轧后的板材在360℃保温15min后，进行第2次热轧，轧到1mm厚左右；在300℃保温2h进行热扩散退火处理。

实施例5

本实例选用6061铝合金和mb2镁合金板材进行复合。先将准备好的3×200×300mm的mb2镁合金板材、2×200×300mm的6061合金板和0.4×200×300mm的锡板进行表面喷砂处理，清除板面的杂质及油污；将喷砂后的板材用6061铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在380℃保温1h；进行热轧，压下量为50％，轧制速度为12m/min，第一次热轧后的板材在380℃保温15min后，进行第2次热轧，轧到1mm厚左右；在300℃保温2h进行热扩散退火处理。

对比例1

本实例选用5052铝合金和az31镁合金板材进行复合。先将准备好的2×200×300mm的5052合金板和az31镁合金板进行表面喷砂处理，清除板面的杂质及油污；将喷砂后的板材用5052铝合金铆接结合；将铆接后的板材水平的放入加热炉中，并保证镁板在下面，在360℃保温1h；进行热轧，压下量为50％，轧制速度为10m/min，第一次热轧后的板材在360℃保温10min后，进行第2次热轧，轧到1mm厚左右；在280℃保温2h进行热扩散退火处理。

如图1所示，将实施例和对比例中制得的镁/铝复合材料的结合强度进行统一标准检测，测试标准gb/t6396-2008，进行复合板材剪切强度检测，表1为实施例和对比例复合板材室温剪切强度。

表1实施例中复合板材室温剪切强