专利名称：一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法，具体涉及一种不锈钢/铝复合材料 及其制备方法。
背景技术：
不锈钢具有强度高、刚度好、耐蚀性强、常温加工成型性好等优点，被广泛应用于 各行业。但是，当不锈钢作为手机等电子产品的外壳使用时，其表面装饰技术有限，仅限于 机械抛光、拉丝、喷砂、PVD、电镀等几种装饰效果。目前，有在不锈钢表面上热轧一纯铝层形成的不锈钢/铝复合材料。该材料一方 面，保持不锈钢强度高、刚度好、力学性能优越的特点；另一方面，由于表面为纯铝层，可以 通过电解抛光和阳极氧化等处理形成表面高强高光、色彩艳丽的外壳。但是现有技术中，纯 铝和不锈钢的结合力较差，造成后续加工处理过程中(例如冲压)可能出现发生变形、起 皱、分层等现象，影响产品质量不良。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中不锈钢/铝复合材料中，铝和不锈钢 的结合力较差的问题。从而提供来一种结合力强的不锈钢/铝复合材料。一种不锈钢/铝复合材料，其包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间 层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。本发明还提供了一种上述不绣钢/铝复合材料的制备方法。—种不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤(1)表面预处理将不锈钢板、铝合金板、纯铝板表面清洗干净；(2) 一次热轧将不锈钢板和铝合金板层叠，加热后送入轧机中进行复合轧制，然 后进行热处理形成一次热轧板；(3) 二次热轧将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，加热后中进行复合轧 制，然后进行热处理。本发明所提供的不锈钢/铝复合材料，其结合力强，在后续的加工处理中不变形、 不起皱、不分层，最终制成的产品外壳机械强度好，表面外观高强高光、色彩艳丽。
具体实施例方式一种不锈钢/铝复合材料，其包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间 层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。其中，本发明中不锈钢为本领域技术人员所公知的，本发明优选为316不锈钢。本发明中纯铝亦为本领技术人员所公知的，是指纯度为99. 85wt%以上的A1。本发明的铝合金优选包括2. 2 4. 9wt% Cu、0. 2 1. 8wt% Mg、0. 3 0. 9wt% Mn、0 0. 5wt% Si、0 0. 5wt% Fe，其余为 Al。
更优选为3. 8 4. 2wt% Cu、l. 2 1. 6wt% Mg、0. 3 0. 7wt% Mn.O 0. 2wt% Si、0 0. 2wt% Fe%，其余为 Al。本发明的不锈钢/铝复合材料，优选各层厚度为底层厚0. 2 0. 5mm，中间层厚 0. 1 0. 4mm，表层厚 0. 1 0. 4mm。这样既可以保持复合材料整体的机械力学性能(如强度、硬度、韧性、塑性)较好 的水平，又可以使其结合力处于较高的水平。本发明在铝合金中添加镁元素，可以改善铝合金的焊接性能，可增强铝合金与不 锈钢材料在热轧过程中焊合性；锰元素可以增强铝合金强度，使铝合金在与不锈钢在热轧 过程中保持足够的力学性能；铜元素可以改善铝合金材料塑性变形能力和延展能力，以更 好的适应热轧。一种上述不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤(1)表面预处理将不锈钢板、铝合金板、纯铝板表面清洗干净；(2) 一次热轧将不锈钢板和铝合金板层叠，加热后进行复合轧制，然后进行热处 理形成一次热轧板；(3) 二次热轧将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，加热后进行复合轧制， 然后进行热处理。其中，步骤(1)表面预处理的目的是除去各原料表面的油脂、灰尘等杂质，可以保 持后续热轧过程中不引进杂质和保持热轧效果。优选地，铝合金板以及纯铝板的表面预处理为经碱溶液处理，用冷热水冲洗，再 经硝酸溶液浸泡处理，用冷水冲洗后烘干。更优选为在浓度为15 30衬％的NaOH溶液中浸泡1 8min，温度控制在30 70°C，然后先后用冷水、热水冲洗；再放入15 30衬％的HN03液中浸泡2 lOmin，用冷水 冲洗；最后放入100 240°C烘干炉中烘干3 lOmin。优选地，不锈钢板的表面预处理为不锈钢板在金属清洗剂中，经超声波脱脂净化 处理，用清水冲洗后烘干。更优选为将不锈钢板放入金属清洗剂中，控制温度为60 80°C，进行超声波脱 脂净化处理10 20min，用冷水冲洗；最后放入100 240°C烘干炉中烘干3 lOmin。不锈钢板表面预处理所用金属清洗剂为本领技术人员所公知的，一般由表面活性 剂与添加的清洗助剂(如碱性盐)、防锈剂、消泡剂、香料等组成。步骤(2)中，加热后进行复合轧制。本发明优选先将不锈钢板与铝合金板层叠， 一起送入连续式加热炉中加热，温度为250 500°C，加热10 20min。然后送入事先预热 好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为200 300°C，同时轧辊面 需要润滑剂润滑。热处理的目的是更好的优化热轧后的产品性能，即对产品进行保温一段时间。步骤(2)中的热处理优选为将轧制后的不锈钢板及铝合金板送入热处理炉中， 开始升温，升温速率为33 66°C /min,升至250 350°C后并保持恒温0. 5 3h。后冷却 至150°C，取出并自然冷却，形成一次热轧板。本发明一次热轧的热处理，可以消除不锈钢与铝合金二者的焊合应力，促进二者 材质原子间扩散，强化冶金结合强度。这是因为热处理过程中，由于热激活的作用，位错和原子会发生迁移。随着温度的升高，铝合金依次发生回复和部分再结晶，回复使基体中的内 应力和内应变降低，有益于基材的塑性，但基材的强度仍保持在较高的水平。本发明中的热处理温度既可以使合金的强度增强，又能使合金内部的内应力有效 释放，从而改善合金的剥落腐蚀性。步骤(3)，将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，然后重复步骤(2)的操作， 所不同的是，连续式加热炉的温度200 400°C，轧机辊面的预热温度为180 250°C，热处 理的温度为200 300°C。本发明采用两次热轧，一次热轧可以很好的控制不锈钢与铝合金变形程度以及之 间结合力、二次热轧控制铝合金和纯铝之间的变形程度以及之间结合力，从而有效控制复 合材料的整体结合力和变形程度。不仅便于对操作条件的控制，而且使材料的整体结合力 达到理想的性能。若一次将三层一起热轧很难控制热轧的条件，并且制成复合材料的结合 力也不好。以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明阐述。实施例1①预处理将4mm 厚的铝合金板(成分为 4. 2wt% Cu、0. 7wt% Mn、l. 6wt% Mg、0. 15wt% Si、 0. 05wt% Fe，其余为Al)、4mm纯铝板在浓度为25wt%的NaOH溶液中浸泡6min，温度控制在 50°C，然后先后用冷水、热水冲洗；再放入20衬％的HN03溶液中浸泡8min，用冷水冲洗；最 后放入180°C烘干炉中烘干7min。将3mm不锈钢板(型号316)放入金属清洗剂中，控制温度为70°C，进行超声波脱 脂净化处理15min，用冷水冲洗；最后放入180°C烘干炉中烘干7min。②一次热轧先将不锈钢板与铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热 炉中加热，温度为350°C，加热15min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧 制。轧机的轧辊面的预热温度为250°C，同时轧辊面需要润滑剂润滑。将轧制的层叠板送入热处理炉中，开始升温，升温速率为5°C /min，升至300°C后 并保持恒温2h。后冷却至150°C，取出并自然冷却，形成一次热轧板。一次热轧总压下率为 50 60%。③二次热轧将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，然后重复步骤(2)的操作，所不同的 是，加热炉温度为300°C，轧机辊面的预热温度为210°C，二次热轧总压下率为80 90%最后制成不锈钢层厚0. 2 0. 5mm,铝合金层厚0. 25 0. 6mm,纯铝层厚0. 25 0. 6mm的复合材料，记作A1。实施例2与实施例1所不同的是，铝合金板的成分为3. 0wt% Cu、0. 5wt% Mn、l. 2wt% Mg、 0. 25wt% Si、0. 15wt% Fe，其余为Al。其他部分同实施例1。制成复合材料A2。实施例3与实施例1所不同的是，铝合金板的成分为0. 5wt% Cu、l. 5wt% Mn、l. 0wt% Mg、 0. 2wt% Si、0. 3wt% Fe，其余为Al。其他部分同实施例1。制成复合材料A3。
实施例4与实施例1所不同的是，一次热轧中的热处理的温度为250°C，其他部分同实施例 1。制成复合材料A4。实施例5与实施例1所不同的是，一次热轧中的热处理的温度为350°C，其他部分同实施例 1。制成复合材料A5。对比例1①预处理将4mm纯铝板在浓度为25wt %的NaOH溶液中浸泡6min，温度控制在50°C，然后先 后用冷水、热水冲洗；再放入20衬％的HN03溶液中浸泡8min，用冷水冲洗；最后放入180°C 烘干炉中烘干7min。将2. 5mm不锈钢板放入金属清洗剂中，控制温度为70°C，进行超声波脱脂净化处 理15min，用冷水冲洗；最后放入180°C烘干炉中烘干7min。②热轧先将不锈钢板与纯铝板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热炉 中加热，温度为300°C，加热15min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。 轧机的轧辊面的预热温度为210°C，同时轧辊面需要润滑剂润滑。将车L制的层叠板送入热处理炉中，开始升温，升温速率为5°C /min，升至300°C后并保持 恒温2h。后冷却至150°C，取出并自然冷却，形成一次热轧板。一次热轧总压下率为80 90%。制成的复合材料AC1。性能测试杯突试验采用GB4156-1984的方法测量其杯突值。结果见表1。表 权利要求
1.一种不锈钢/铝复合材料，其包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。
2.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于所述铝合金包括-.2.2 4. 9wt% Cu、0. 2 1. 8wt% Mg、0. 3 0. 9wt% Μη、0 0. 5wt% Si、0 0. 5wt% Fe，其余为 Al。
3.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于所述铝合金包括3.8 4. 2wt% CuU. 2 1. 6wt% Mg、0. 3 0. 7wt% Μη、0 0. 2wt% Si、0 0. 2wt% Fe，其余为 Al。
4.根据权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料，其特征在于所述底层厚0.2 0. 5mm, 所述中间层厚0. 1 0. 4mm，所述表层厚0. 1 0. 4mm。
5.一种如权利要求1所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其包括如下步骤(1)表面预处理将不锈钢板、铝合金板、纯铝板表面清洗干净；(2)一次热轧将不锈钢板和铝合金板层叠，加热后进行复合轧制，然后进行热处理形 成一次热轧板；(3)二次热轧将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，加热后进行复合轧制，然后 进行热处理。
6.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于所述步 骤(1)包括将铝合金板以及纯铝板经碱溶液处理，用冷热水冲洗，再经硝酸溶液浸泡处 理，用冷水冲洗后烘干；将不锈钢板在金属清洗剂中，经超声波脱脂净化处理，用清水冲洗 后烘干。
7.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2) 中加热的温度250 500°C，时间10 20min ；步骤(3)中加热的温度200 400°C，时间 10 20min。
8.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于一次热 轧的总压下率为30 60%，二次热轧的总压下率为50 90%。
9.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2) 中的热处理的温度为250 350°C。
10.一种根据权利要求5所述的不锈钢/铝复合材料的制备方法，其特征在于步骤 (3)中的热处理的温度为200 300°C。
全文摘要
本发明涉及金属复合材料及其制备方法，具体公开了一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法。该材料包括经热轧形成的三层结构，底层为不锈钢层，中间层为铝合金层，表层为纯铝层；所述铝合金中含有Cu、Mg、Mn元素。该材料的制备方法包括，将原材料板材表面清洗干净；然后将不锈钢板和铝合金板层叠，热轧、热处理形成一次热轧板；将纯铝板层叠在一次热轧板的铝合金层上，热轧、热处理。本发明的不锈钢/铝复合材料结合力好，在后续的冲压等过程中不变形、不起皱、不分层。
文档编号C23G1/22GK101992567SQ200910189659
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者郭强 申请人:比亚迪股份有限公司