[發(fā)明專利]界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板及其粉末熱壓制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911223074.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN111054927A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于洋;嚴(yán)鵬飛;嚴(yán)彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F7/02
• 分類號(hào): B22F7/02;B22F3/03;B22F3/14;B22F3/24
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發(fā)明涉及界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板及粉末熱壓制備方法，包括以下步驟：(1)分別用含鋁粉末和含鎂粉末按照鋁/鎂/鋁順序在模具內(nèi)鋪粉；(2)在步驟(1)中，每鋪一層粉末用預(yù)制形狀的磨具壓頭對(duì)粉層進(jìn)行預(yù)壓，在界面上壓制預(yù)制形狀壓花，并將粉末壓實(shí)，最終形成一定層厚的預(yù)壓復(fù)合粉末塊體；(3)將步驟(2)處理后的預(yù)壓復(fù)合粉末塊體進(jìn)行熱壓復(fù)合，保壓冷卻，即得到界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板。所述的鋁/鎂/鋁復(fù)合板具有良好的界面結(jié)合強(qiáng)度和抗界面剪切能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有粉末質(zhì)量要求低、制備方法簡(jiǎn)單、可自主設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu)、成品率高、生產(chǎn)效率高、節(jié)約生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板及其粉末熱壓制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金具有重量輕、環(huán)保、阻尼性能好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是汽車結(jié)構(gòu)件的潛在材料。然而，鎂合金在制備和應(yīng)用中仍存在兩個(gè)主要的腐蝕和成形性問題，嚴(yán)重制約了鎂合金在工業(yè)上的應(yīng)用。鋁合金通常具有優(yōu)異的耐腐蝕性和成形性。通過(guò)制備的鋁/鎂/鋁復(fù)合板，有望提高耐腐蝕性和機(jī)械性能。

目前，鋁/鎂/鋁復(fù)合板的制備技術(shù)主要有爆炸焊、熱軋和擴(kuò)散焊。爆炸焊方法是利用爆炸產(chǎn)生的爆炸沖擊波使金屬材料界面發(fā)生高速碰撞，在高壓作用下實(shí)現(xiàn)金屬板的連接，但爆炸焊具有瞬時(shí)、極速和復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，復(fù)合板界面不可控，且制備環(huán)境惡劣，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。鋁/鎂/鋁復(fù)合材料在軋制過(guò)程中，鎂層容易形成邊緣裂紋和表面微裂紋，導(dǎo)致成品率相對(duì)較低，這主要是因?yàn)殒V合金的塑性變形能力差。擴(kuò)散焊可以通過(guò)添加釬料使得釬料與母材相互潤(rùn)濕、擴(kuò)散和溶解，實(shí)現(xiàn)復(fù)合板界面的結(jié)合，但釬料對(duì)于鋁、鎂合金板的潤(rùn)濕能力、對(duì)于界面間隙的填充能力和擴(kuò)散導(dǎo)致的界面脆性金屬間化合物形成直接影響復(fù)合板界面結(jié)合質(zhì)量。

除了界面擴(kuò)散形成的金屬間化合物和擴(kuò)散層，界面的結(jié)構(gòu)形態(tài)也能影響鋁/鎂/鋁復(fù)合板的界面結(jié)合強(qiáng)度和抗界面剪切力的作用。軋制和擴(kuò)散焊方式制備的鋁/鎂/鋁復(fù)合板界面幾乎為平直界面，這種界面結(jié)構(gòu)在界面剪切力作用下容易發(fā)生界面開裂，特別是界面處存在硬脆金屬間化合物。而爆炸焊制備鋁/鎂/鋁復(fù)合板由于受沖擊波的波傳遞效果會(huì)使復(fù)合板界面形成波浪式結(jié)構(gòu)，這種波浪式結(jié)構(gòu)有效阻礙界面剪切力的作用，提高剪切開裂勢(shì)壘，增加裂紋擴(kuò)展路徑，有效提高鋁/鎂/鋁復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度和抗剪切開裂能力。但又由于爆炸焊制備工藝惡劣、不可控等因素不易自動(dòng)化生產(chǎn)。為得到具有同樣抗界面剪切效果的界面結(jié)構(gòu)，粉末熱壓法制備鋁/鎂/鋁復(fù)合板由于自身特點(diǎn)使得其可以自行設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化鋁/鎂/鋁復(fù)合板界面并提高其界面結(jié)合強(qiáng)度和抗界面剪切能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板及粉末熱壓制備方法。

本發(fā)明采用粉末逐層鋪粉形式，利用各種形狀(如齒形、方波形和正弦波形等)的磨具壓頭分別在每層鋪粉界面上壓制預(yù)制形狀壓花，從而得到預(yù)制形狀(如齒形、方波形和正弦波形等)的界面，提高鋁/鎂/鋁復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度和抗界面剪切能力。該方法具有粉末質(zhì)量要求低，制備方法簡(jiǎn)單，可自主設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu)，成品率高，生產(chǎn)效率高，節(jié)約生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板的粉末熱壓制備方法，包括以下步驟：

(1)分別用含鋁粉末和含鎂粉末按照鋁/鎂/鋁順序在模具內(nèi)鋪粉；

(2)在步驟(1)中，每鋪一層粉末用預(yù)制形狀的磨具壓頭對(duì)粉層進(jìn)行預(yù)壓，在界面上壓制預(yù)制形狀壓花，并將粉末壓實(shí)，最終形成一定層厚的預(yù)壓復(fù)合粉末塊體；

(3)將步驟(2)處理后的預(yù)壓復(fù)合粉末塊體進(jìn)行熱壓復(fù)合，保壓冷卻，即得到界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋁/鎂/鋁復(fù)合板。

優(yōu)選地，所述含鋁粉末、含鎂粉末目數(shù)控制在220-800目。