[發明專利]一種鋁/鎂固液復合鑄造成型方法

有效

• 申請號: 201410007459.4
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103691909A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張濟山;李宏祥;劉君城;胡江;莊林忠
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B22D27/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種鋁/鎂固液復合鑄造成型方法，屬于材料加工工程技術領域。

背景技術

鎂合金具有密度低、比強度高、減震性能好、易于機械加工、電磁屏蔽及抗輻射性能好、鑄造性能良好等一系列的優勢，卻因為其耐腐蝕性和室溫變形能力差而限制了其廣泛的使用。鋁合金相對于鎂合金，耐磨性和耐腐蝕性方面都具有一定優勢。因此，在鎂合金表面包覆一層鋁合金，可獲得兼具鋁合金和鎂合金優勢的鋁/鎂合金復層材料。目前鋁/鎂復層材料的制備主要依靠軋制復合、擴散連接、爆炸復合和攪拌摩擦焊等工藝。王宏等公開了一種鋁包鎂線材軋制復合制備方法，在鎂合金線材的外部包覆有鋁合金層（公開號：CN102642344A）。李亞江等公開了一種通過疊合焊接后460~520℃擴散反應，制備鎂/鋁金屬復合板的方法，獲得了無裂紋、無脆性化合物得鎂/鋁擴散復合板（公開號：CN101518848A）。王進華等公開了一種鋁合金和鎂合金疊層板爆炸復合制備方法（公開號：CN101992345A）。游國強等公開了一種鎂、鋁合金中厚板攪拌摩擦焊方法（公開號：CN102689090A）。但是，這些工藝存在工序復雜，成材率低，界面結合強度低，制件尺寸受限，工藝參數控制困難，無法實現大規模生產等問題。

????采用鑄造復合法復合鋁/鎂合金的工藝相對簡單，界面結合強度大，成材率較高，因而獲得廣泛的關注。大連理工大學采用靜態復合鑄造的工藝制備外層為1060鋁合金、內層為AZ91鎂合金的鋁/鎂復層鑄錠。[Song?X?Y,?Sun?J?B,?Zhong?D?S.?Study?on?Al/Mg?compound?materials?by?solid-liquid?bonding?method,?Materials?Research?Innovations,?2012,?16(1):?51-55]。其工藝步驟如下：（1）將澆鑄溫度為700℃的1060鋁金屬澆入模具內。（2）凝固35s后，將剩余未凝熔體倒出，獲得外層鋁合金凝固殼。（3）鋁合金凝殼外表面在空氣中冷卻到400℃后，將澆鑄溫度為637℃的鎂合金熔體澆注至凝固殼。（4）施加電磁攪拌或直接空冷至復層鑄錠完全凝固，隨后鑄錠同一高度獲得宏觀及微觀試樣。這種工藝工序復雜，對操作者經驗要求較高，且無法控制形成的鋁凝殼的表面溫度，再者頂部澆鑄的方式無法控制鎂液的溫度均勻，導致界面反應層不均勻。而且采用空冷冷卻方式獲得的反應層都較厚，超過了2mm，有大量裂紋及孔洞等缺陷產生，界面結合質量差，界面結合強度較低。西南大學李坊平等公開了一種鑄造鋁包鎂復合鑄錠的制備方法（公開號：CN102350492A）。其工藝步驟如下：（1）將厚度為1~3mm的鋁和鋁合金板材經氬弧焊方法連續焊接成一側開口的預制鋁板盒；所述鋁板包覆層厚度占包鋁鎂合金復合鑄錠總厚度的10%-20%；（2）預熱的鋁板盒型腔經機械打磨、化學清洗，去除表面的油污及氧化物后置于通有保護氣氛的電阻烘箱中進行200℃預熱處理；（3）采用井式電阻爐并通入CO₂+0.5%SF₆保護氣氛熔煉鎂合金芯材，澆注溫度660-720℃；（4）將預熱的鋁板盒裝卡在自制模具中，再將熔融鎂合金液澆注于鋁盒型腔，冷卻后即得包鋁鎂合金復合鑄錠。工藝較為復雜，操作不便，且無法保證鋁盒所有部位和模具緊密接觸，且頂部澆鑄時熔體流動不均勻，無法保證薄且均勻的界面反應層寬度，裂紋和孔洞等缺陷較多，甚至出現鋁盒局部熔穿的現象，并且制件尺寸受到限制。

發明內容

????本發明的內容是克服現有技術的不足，用固-液復合法制備鋁鎂復合鑄件，旨在解決現有工藝制備鋁鎂復合鑄件存在的工藝復雜，重復性差，產品形狀和尺寸受到限制，界面反應層厚且不均勻，裂紋和孔洞等缺陷較多，界面結合強度不高等問題。

????本發明的技術方案是：一種鋁/鎂固液復合鑄造成型方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：將厚度為3~10mm的鋁合金管材經機加工得到預設尺寸的鋁包套，備用；

步驟2：將步驟1預制的鋁包套內外表面經機械處理、化學清洗，去除表面的油污及氧化物后置于空氣爐中進行預熱處理，預熱溫度為150~450℃，備用；

步驟3：將鎂合金采用井式電阻爐并通入CO₂+0.5%SF₆保護氣氛進行熔煉，得到鎂合金熔體，將鎂合金熔體冷卻到溫度為660~760℃，保溫備用；

步驟4：將熔鑄模具放入溫度穩定的井式電阻爐中預熱，預熱溫度為450~650℃，時間為20min；