[发明专利]一种铝/镁固液复合铸造成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝/镁固液复合铸造成型方法，属于材料加工工程技术领域。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、减震性能好、易于机械加工、电磁屏蔽及抗辐射性能好、铸造性能良好等一系列的优势，却因为其耐腐蚀性和室温变形能力差而限制了其广泛的使用。铝合金相对于镁合金，耐磨性和耐腐蚀性方面都具有一定优势。因此，在镁合金表面包覆一层铝合金，可获得兼具铝合金和镁合金优势的铝/镁合金复层材料。目前铝/镁复层材料的制备主要依靠轧制复合、扩散连接、爆炸复合和搅拌摩擦焊等工艺。王宏等公开了一种铝包镁线材轧制复合制备方法，在镁合金线材的外部包覆有铝合金层（公开号：CN102642344A）。李亚江等公开了一种通过叠合焊接后460~520℃扩散反应，制备镁/铝金属复合板的方法，获得了无裂纹、无脆性化合物得镁/铝扩散复合板（公开号：CN101518848A）。王进华等公开了一种铝合金和镁合金叠层板爆炸复合制备方法（公开号：CN101992345A）。游国强等公开了一种镁、铝合金中厚板搅拌摩擦焊方法（公开号：CN102689090A）。但是，这些工艺存在工序复杂，成材率低，界面结合强度低，制件尺寸受限，工艺参数控制困难，无法实现大规模生产等问题。

    采用铸造复合法复合铝/镁合金的工艺相对简单，界面结合强度大，成材率较高，因而获得广泛的关注。大连理工大学采用静态复合铸造的工艺制备外层为1060铝合金、内层为AZ91镁合金的铝/镁复层铸锭。[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]。其工艺步骤如下：（1）将浇铸温度为700℃的1060铝金属浇入模具内。（2）凝固35s后，将剩余未凝熔体倒出，获得外层铝合金凝固壳。（3）铝合金凝壳外表面在空气中冷却到400℃后，将浇铸温度为637℃的镁合金熔体浇注至凝固壳。（4）施加电磁搅拌或直接空冷至复层铸锭完全凝固，随后铸锭同一高度获得宏观及微观试样。这种工艺工序复杂，对操作者经验要求较高，且无法控制形成的铝凝壳的表面温度，再者顶部浇铸的方式无法控制镁液的温度均匀，导致界面反应层不均匀。而且采用空冷冷却方式获得的反应层都较厚，超过了2mm，有大量裂纹及孔洞等缺陷产生，界面结合质量差，界面结合强度较低。西南大学李坊平等公开了一种铸造铝包镁复合铸锭的制备方法（公开号：CN102350492A）。其工艺步骤如下：（1）将厚度为1~3mm的铝和铝合金板材经氩弧焊方法连续焊接成一侧开口的预制铝板盒；所述铝板包覆层厚度占包铝镁合金复合铸锭总厚度的10%-20%；（2）预热的铝板盒型腔经机械打磨、化学清洗，去除表面的油污及氧化物后置于通有保护气氛的电阻烘箱中进行200℃预热处理；（3）采用井式电阻炉并通入CO₂+0.5%SF₆保护气氛熔炼镁合金芯材，浇注温度660-720℃；（4）将预热的铝板盒装卡在自制模具中，再将熔融镁合金液浇注于铝盒型腔，冷却后即得包铝镁合金复合铸锭。工艺较为复杂，操作不便，且无法保证铝盒所有部位和模具紧密接触，且顶部浇铸时熔体流动不均匀，无法保证薄且均匀的界面反应层宽度，裂纹和孔洞等缺陷较多，甚至出现铝盒局部熔穿的现象，并且制件尺寸受到限制。

发明内容

    本发明的内容是克服现有技术的不足，用固-液复合法制备铝镁复合铸件，旨在解决现有工艺制备铝镁复合铸件存在的工艺复杂，重复性差，产品形状和尺寸受到限制，界面反应层厚且不均匀，裂纹和孔洞等缺陷较多，界面结合强度不高等问题。

    本发明的技术方案是：一种铝/镁固液复合铸造成型方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将厚度为3~10mm的铝合金管材经机加工得到预设尺寸的铝包套，备用；

步骤2：将步骤1预制的铝包套内外表面经机械处理、化学清洗，去除表面的油污及氧化物后置于空气炉中进行预热处理，预热温度为150~450℃，备用；

步骤3：将镁合金采用井式电阻炉并通入CO₂+0.5%SF₆保护气氛进行熔炼，得到镁合金熔体，将镁合金熔体冷却到温度为660~760℃，保温备用；

步骤4：将熔铸模具放入温度稳定的井式电阻炉中预热，预热温度为450~650℃，时间为20min；