[發(fā)明專利]固態(tài)鋁材固液復(fù)合及擠壓組合制備雙金屬復(fù)合材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510980387.6
• 申請(qǐng)日: 2015-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN105583628A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王渠東;劉騰;劉國平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P23/04
• 分類號(hào): B23P23/04;B22D19/16
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙金屬復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體是一種鋁材固液復(fù)合鑄造及擠壓組合 制備雙金屬復(fù)合材料的方法，即一種通過預(yù)置固態(tài)鋁材后固液復(fù)合鑄造及擠壓組合工藝 制備雙金屬復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料綜合性能的要求越來越高，在很多工況條件下， 單一組元的金屬材料已經(jīng)很難滿足要求。因此，研究和制備新型復(fù)合材料成了材料科學(xué) 與工程領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。雙金屬復(fù)合材料是通過各種復(fù)合技術(shù)使兩種性能不同 的金屬復(fù)合在一起而制備的一種新型復(fù)合材料。與單一組元的金屬材料相比，雙金屬復(fù) 合材料可以綜合利用兩種金屬材料各自的物理化學(xué)特性，獲得單一組元金屬不能同時(shí)具 有的綜合性能，可以較好地滿足工業(yè)與科技的快速發(fā)展對(duì)于材料越來越高的要求。相比 于單一金屬材料，其優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)優(yōu)良的綜合性能；(2)良好的 經(jīng)濟(jì)效益；(3)廣泛的可設(shè)計(jì)性。

鋁合金材料是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的輕金屬材料之一。由于其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好、比 強(qiáng)度高、耐蝕性好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在航空航天、軍工制造、船舶制造、冶 金化工、能源動(dòng)力、包裝防腐及日常生活用品等領(lǐng)域。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)鋁合金材料與其他材 料之間，如鎂合金、鋅合金、鋁合金之間的雙金屬復(fù)合材料也同樣受到了廣泛的重視。 如鋁鎂雙金屬復(fù)合材料被應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)組，利用鋁合金強(qiáng)度、耐蝕性 及質(zhì)輕，以及鎂合金材料的質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。鋁鋁雙金屬復(fù)合材料被應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件， 綜合各體系鋁合金之間不同的物理化學(xué)性質(zhì)。

使用傳統(tǒng)焊接方法制備雙金屬復(fù)合材料時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)各種缺陷。如焊接制備鋁鎂雙 金屬復(fù)合材料時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析等一系列的問題。利用焊 接方法制備鋁鎂雙金屬復(fù)合材料時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)中間化合物過厚而影響雙金屬復(fù)合材料性 能的現(xiàn)象。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，除焊接方法外常見的方法按照材料狀態(tài)的不同可 以分為固液復(fù)合、固固復(fù)合及液液復(fù)合。對(duì)于固固連接方法，如擠壓，生產(chǎn)效率較高， 不過由于鋁在大氣環(huán)境下非常容易氧化，尤其是高溫條件下，兩種金屬之間都會(huì)形成致 密的氧化膜，氧化膜的存在會(huì)嚴(yán)重阻礙兩種金屬之間的相互作用，惡化連接質(zhì)量，不容 易形成良好的冶金結(jié)合。對(duì)于液液連接則經(jīng)常受到設(shè)備的限制，對(duì)于材料的外形、尺寸 都有非常嚴(yán)格的要求，這也在一定程度上限制了銅鋁雙金屬材料的推廣和應(yīng)用。相比于 固固復(fù)合及液液復(fù)合，固液復(fù)合技術(shù)工序簡(jiǎn)單、受外形條件約束小、工藝設(shè)備要求簡(jiǎn)單、 生產(chǎn)效率較高，正受到越來越多的關(guān)注。不過固液復(fù)合同樣存在一定的不足，經(jīng)檢索發(fā) 現(xiàn)，Zhang等人在《MetallurgicalandMaterialsTransactionsB》期刊2014,45(6): 2495-2503上發(fā)表的ImprovedInterfacialBondinginMagnesium/Aluminum OvercastingSystemsbyAluminumSurfaceTreatments(通過鋁合金表面處理優(yōu)化鋁 鎂雙金屬材料的界面連接)提到，在液固復(fù)合過程中，澆注溫度較高時(shí)容易在界面上生 成較厚的中間化合物，影響銅鋁雙金屬復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度和物理性能。可見，每一種 方法都有其特有的優(yōu)勢(shì)，但又有一定的局限性。

進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，研究人員開始通過兩種復(fù)合方法組合在一起制備雙金 屬復(fù)合材料以克服單一方法的不足。中國專利CN102626854A公布了一種爆炸加軋制生 產(chǎn)全包銅鋁復(fù)合排的方法。該技術(shù)利用爆炸焊接加軋制組合的方法制備了銅鋁雙金屬復(fù) 合材料，工藝中利用兩種金屬固固連接方法，表面沒有特殊處理，所以兩種金屬界面上 會(huì)存在氧化膜，同時(shí)對(duì)于材料的外形要求較高。中國專利CN101364459A公布了一種銅 包鋁母線排的生產(chǎn)方法及設(shè)備。該技術(shù)利用擠壓和熱軋組合的方法制備銅鋁雙金屬復(fù)合 材料，不過由于是利用兩種金屬固固連接方法，而且為了避免氧化膜的影響，在熱處理 過程中引入了惰性氣體保護(hù)，對(duì)于設(shè)備及制備條件要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種鋁材固液復(fù)合鑄造及擠壓組 合制備雙金屬復(fù)合材料的方法，解決現(xiàn)有復(fù)合技術(shù)連接鋁材和其它材料時(shí)經(jīng)常導(dǎo)致結(jié) 合區(qū)域形成氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析的問題，同時(shí)解決氧化膜的存在嚴(yán)重影響 兩種金屬之間的相互作用以及雙金屬復(fù)合材料的性能較低等一系列的問題，使兩種合金 之間形成冶金結(jié)合，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：