[发明专利]一种高结合强度、低密度镁锂/钛复合板的制备方法

说明书

本发明公开了一种高结合强度、低密度镁锂/钛复合板的制备方法，具体方法如下：板材的准备及表面预处理：将镁锂合金与钛合金板材切割成圆板，用砂纸对表面打磨抛光，然后进行超声清洗5‑10min并吹干；预处理后的板材的表面纳米合金化处理：将两种板材、1‑8g的Zn、Zr、Al所组成的混合粉末以及20‑40颗钢球放入球磨罐中，经过1‑3h的高能球磨处理后，可在两种板材表面形成一层纳米结构的Zn‑Zr‑Al合金化层；SPS扩散焊接：将表面纳米合金化处理的两种板材置于石墨模具中压紧，接着将其放置于SPS烧结炉中，加热至400‑550℃并保温0.5‑2h，随后随炉冷却至100℃以下取出复合板材。该高结合强度低密度镁锂钛复合板的制备方法具有工艺简单、耗时短、生产效率高等优点。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体涉及一种高结合强度、低密度镁锂/钛复合板的制备方法。

背景技术

随着工业技术的飞速发展，现代工程对许多金属材料的性能要求越来越苛刻，原有单一材料已无法满足现代工业发展的需求。因此，将两种或两种以上金属材料焊接起来形成复合板材料已成为研究热点。镁锂合金作为当今最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车、电子和军事等领域具有广阔的应用前景。但是由于其存在表面硬度低、化学活性极高以及耐腐蚀性能差等缺点，极大限制了其应用范围。钛合金由于具有比强度高、耐腐蚀性优良等特点，在航空航天、海洋领域受到了极大地青睐。因此，如能将镁锂合金和钛合金焊接起来形成复合板材料，充分发挥两种合金的优点，能够使得材料具有高强、轻质等优势，从而在相关领域获得更为广泛的应用。

扩散焊接是焊接的重要方法之一，具有焊接质量高、焊后无需加工、可实现自动化、无塑性变形等优点。然而，在镁锂合金与钛合金扩散焊接过程中，由于两者之间显著的物理化学性能差异导致焊接极其困难，主要有以下两个难点：(1)钛合金与镁锂合金之间熔点相差近1000摄氏度，如焊接温度过高，则镁锂合金已经熔化；(2)钛与镁之间的固溶度极低，两种原子之间很难发生扩散，导致两者的结合强度非常低。针对上述难题，相关研究人员经常通过爆炸焊、激光焊等手段将异种金属焊接在一起。这些研究方法均有效的改善了焊接质量，但也存在一些弊端，如工作环境危险、设备昂贵等。因此，目前还没有一种工艺简单且能获得高结合强度的镁锂合金与钛合金板材焊接工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高结合强度、低密度镁锂/钛复合板的制备方法，其可以解决上述背景技术中所提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高结合强度、低密度镁锂/钛复合板的制备方法，包括以下步骤：

(1)板材的准备及表面预处理：用线切割分别将镁锂合金板材与钛合金板材切割成圆板，用砂纸对圆板表面打磨抛光，然后依次置于蒸馏水和无水乙醇中超声震洗5-10min，吹干后得到预处理后的板材；

(2)预处理后的板材的表面纳米合金化化处理：分别对预处理后的板材进行表面纳米合金化处理；

(3)SPS扩散焊接：将表面纳米合金化处理的镁锂合金板材和钛合金板材置于制作好的石墨模具中压紧，接着将其放置于SPS烧结炉中，温度加热至400-550℃，升温速率为20-50℃/min，炉内真空度降至10-20Pa，扩散保温时间为0.5-2h，随后随炉冷却至100℃以下取出扩散焊接完成的复合板材，即为高强度低密度镁锂钛复合板。

优选地，所述步骤(1)中，镁锂合金板材原板与钛合金板材圆板的半径均为25-35mm，厚度分别为3-6mm、1-4mm。

优选地，所述步骤(2)中，表面纳米合金化化处理具体方法如下，将预处理后的镁锂合金、钛合金板材置于两个高能球磨机附属球磨罐中，放入钢球，同时放入1-8g的Zn、Zr、Al所组成的混合粉末，设置振头的超声振动频率为30-60Hz，通过超声振动驱动钢球对预处理后的两种材料表面进行撞击，处理时间为1-3h，最后在两种材料表面获得一定厚度的纳米结构Zn-Zr-Al合金化层。