[发明专利]一种改善Mg/Al连接界面性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过设计复合材料中间层而引入碳化硅颗粒增强相以改善Mg/Al层界面的方法，涉及一种改善镁/铝界面性能的“铝/铝基复合材料/镁/铝基复合材料/铝”层状材料的制备方法。该方法首先采用半固态搅拌铸造法制备出颗粒均匀分布的SiCp增强铝基复合材料，并随后进行热轧制，得到了基体晶粒细化性能优良的的铝基复合材料组元板。然后对以“铝/铝基复合材料/镁/铝基复合材料/铝”次序叠放的金属层合板进行热压并退火。本发一方面对组元层金属产生弥散强化和细晶强化效应，另一方面提高了界面区域的强韧性，可显著改善复合板的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种改善镁/铝界面性能的“铝/铝基复合材料/镁/铝基复合材料/铝”层状材料的制备方法。

背景技术

在工程应用中，镁及镁合金存在强度、刚度低，耐蚀性、室温塑性差等劣势，尤其是差的耐腐蚀性是限制其广泛应用的主要原因之一。镁/铝层状复合材料在保护镁合金免受腐蚀的同时兼顾镁合金和铝合金的各种性能优点，应用广泛。目前较多的是采用爆炸焊接法、轧制复合法等制备。爆炸焊接法借助炸药爆炸瞬时产生的高压、高热实现板材牢固结合，所以其产品质量不稳定，生产效率较低且污染严重，因而不适宜推广和量产；而采用轧制复合法(主要是热轧)无法调控轧制后在界面生成的Mg₁₇Al₁₂，Mg₂Al₃等脆性金属间化合物。目前已有的对Mg/Al层状复合材料的研究多集中在改进工艺参数上，而本发明通过设计中间层引入SiCp来调控层界面相的形态和显微组织，且采用了工艺简单的热压法这一制备方法，目前尚无报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明针对Mg/Al层状复合板制备过程中界面金属间化合物严重影响板材结合强度、力学性能等问题，而引入碳化硅颗粒增强铝基复合材料板做中间层，利用碳化硅颗粒(SiCp)对金属间化合物的调控作用制备具有细小均匀分布的金属间化合物层的Mg/Al层状复合材料。

本发明针对现有的制备Mg/Al层状复合板的生产工艺复杂、产品质量不稳定、界面结合强度差的问题，提供一种结合界面可控的热压复合法。

本发明中界面可调控的Mg/Al层状复合材料的制备方法按以下步骤实施：一，制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/AMCs)；二，对第一步制得的铝基复合材料(AMCs)进行轧制；三，对Al、AMCs、Mg进行表面清理；四，将清理后的Al、AMCs、Mg以Al/AMCs/Mg/AMCs/Al的形式堆叠；五，将复合板置于热压模具中，进行热压；六，将热压所得复合板进行退火处理，即得到界面金属间化合物细小均匀分布的Mg/Al层状复合材料。

所述的Mg/Al层状复合材料的制备方法，所述第一步中，采用半固态搅拌铸造法制备AMCs，在Al完全熔化前通入Ar+CO₂混合气体，在铝合金熔点以上约100℃(760℃)保温1h，Al完全熔化。随后降温至半固态(温度区间约为550-640℃)，根据熔体旋涡大小调节温度±10℃，SiCp通过机械搅拌法掺杂到Al熔体中，机械搅拌速率为300～1000rpm(根据熔体涡流大小调节)，正反转交替进行。SiCp掺杂完全后，进行15-30min的均匀化搅拌+10min搅拌除气过程。

所述的Mg/Al层状复合材料的制备方法，所述第一步中，在搅拌除气过程中将熔体加热到Al熔点以上约100℃(760℃)保温10min，将熔体倒入压铸模具中，设置逐级定荷：100kN/5s+450kN/180s，选择通用抗压：速度0.5mm/s退模，得到SiCp/AMCs。

所述的Mg/Al层状复合材料的制备方法，所述第二步中，在400-450℃以2-5m/s的速度，对3-5mm厚压铸AMCs进行n道次热轧。

所述的Mg/Al层状复合材料的制备方法，所述第三步中，Mg可用AZ31B或纯镁代替，Al可用2024或纯铝代替。