本发明专利技术公开了一种连接镁合金与铝合金的挤压装置及方法，该装置凸模和带有挤压腔的凹模，在挤压腔内设置镁合金、非晶合金和铝合金，凸模在外力作用下对挤压腔内的镁合金、非晶合金和铝合金进行挤压，凹模内设置镁合金、非晶合金和铝合金，镁合金、非晶合金和铝合金受热后在凸模的挤压作用下进入到成型腔内成型，在高温和三向压应力状态下发生共同热变形，形成稳固连接。本发明专利技术利用非晶合金作中间过渡层，避免了铝合金和镁合金的直接接触，避免了两者之间直接的元素扩散，避免形成Al‑Mg系金属间脆性化合物和焊接空隙，提高了连接质量，优选的挤压温度和挤压速度的结合使得铝、镁合金和非晶合金都处于低应力超塑性状态，促进接口形成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及镁合金、铝合金的连接，尤其涉及一种连接镁合金与铝合金的挤压装置及方法。
技术介绍
现代机器制造业最迫切的问题之一，是在提高结构和设备工作技术性能和可靠性的同时，降低金属消耗量。由于铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热导和电导率高以及加工性能好等优良品质而发展迅速，已广泛应用于国民经济各领域及国防建设中，用量仅次于钢铁材料，成为第二大金属材料。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、导热性能优越、切削加工性能好、易铸造、减震性能好、电磁屏蔽好、可无限地再利用等众多优点，被誉为21世纪绿色金属结构材料。在实用金属中镁是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。在航空航天、运输行业中降低结构重量成为提高性能的重要措施，轻型镁合金材料在这方面的应用需求更为迫切。但大量使用镁合金不仅成本高，而且不可能全面满足使用要求。镁、铝及其合金连接形成复合结构，不但能减轻构件的重量、节约材料，而且能发挥各自的性能优势。现有技术中，关于镁、铝合金进行连接的技术主要是焊接技术，常用的有扩散焊、熔焊、点焊和搅拌摩擦焊等。有采用电场活化连接技术对镁合金与铝合金进行连接的方法。有利用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金和镁合金的方法，利用搅拌头在焊缝内高速旋转，沿着焊接方向的移动实现固相连接。焊接技术主要是针对合金板材进行焊接复合。传统的焊接方式由于温度难以稳定控制，容易使铝、镁合金焊接热影响区的晶粒发生粗大。新兴的焊接方式以速度快、焊接热影响区窄和无污染的特征逐渐取代了传统焊接方式，然而由于镁和铝的相容性太差，在接口附近极易形成Al-Mg系金属间脆性化合物，同时由于铝合金和镁合金在焊缝处元素扩散速度相差太大，容易产生空隙，降低了接口处结合性能。因此，亟需解决铝合金与镁合金的连接问题，以进一步扩大镁合金和铝合金的应用空间。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种连接镁合金和铝合金的方法，该方法将块体非晶合金作为中间过渡层，对镁合金和铝合金进行共同热挤压形成高强度连接，提高镁合金和铝合金的连接强度，扩大镁合金和铝合金的应用空间。本专利技术第二目的是提供一种连接镁合金与铝合金的挤压装置，该装置利用非晶合金在过冷液相区较低强度、粘度和硬度的内在秉性，以及异质合金如超强度铝/镁合金在高温变形时较低的变形抗力，通过高温下对铝合金、非晶合金和镁合金共同施加压力，使三者发生共同热变形，提高异质合金接口处的结合性能。为了达成上述目的，本专利技术提供的第一个技术方案：一种连接镁合金和铝合金的方法，对镁合金、铝合金与非晶合金进行同时挤压，非晶合金作中间过渡层，以实现镁合金与铝合金的粘结，其中，非晶合金优选为锆基非晶合金，如Zr68Cu12Ni9Ti8Be3，由于锆基非晶合金具有很大的非晶形成能力和宽大的过冷液相区，因此本专利技术非晶合金优选为锆基非晶。由于铝合金和镁合金晶格结构相差很大，而且二者冶金相容性比较差，铝合金和镁合金直接接触时，元素发生直接扩散，容易形成Al-Mg系金属间脆性化合物，而且由于元素间扩散速度的不同，容易在连接界面产生空洞等缺陷。非晶合金没有晶体结构，没有晶格常数等限制，由一个一个原子随机组合而成，原子之间相对比较自由。非晶合金和铝合金、镁合金的冶金相容性高于铝合金和镁合金之间的冶金相容性。热挤压过程中，非晶合金和铝合金、镁合金同时受到三向压应力，铝合金、镁合金分别和非晶合金直接发生元素扩散，在压力的作用下，直接形成原子间结合，避免了Al-Mg系金属间脆性化合物的产生，通过使用非晶合金作中间过渡层，改善铝合金和镁合金的连接性能。非晶合金是20世纪材料领域的重大发现，材料内部原子排列呈长程无序短程有序结构，没有位错和晶界等缺陷，这种独特的结构使得非晶合金具有高强度、超塑性、高弹性、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性能。在过冷液相区内，非晶合金具有低强度、粘度和硬度的内在秉性，非晶合金和铝、镁合金在非晶过冷液相区进行共同热成型，可以形成良好结合，并且结合部位元素扩散均匀。本专利技术从避免铝、镁合金直接接触为出发点，通过高强、硬度的非晶合金作为中间层进行过渡，实现铝合金和镁合金的异质连接。一种连接镁合金和铝合金的方法，具体步骤如下：1)对块体的非晶合金、镁合金、铝合金清洗、干燥后备用，在清洗之间要进行切割、打磨和抛光；2)电热元件加热到设定温度后保温设定时间；该设定温度为挤压温度，挤压温度位于非晶合金过冷液相区(玻璃化温度Tg和晶化温度Tx之间)、镁合金同铝合金的常规热挤压温度范围内，挤压温度优选范围：420-460℃，达到设定挤压温度后再放入合金材料，减少非晶合金的热状态时间，防止发生晶化；3)在凹模的挤压腔内依次放入设定高度比的镁合金、非晶合金和铝合金或者是铝合金、非晶合金和镁合金；4)在挤压腔内凸模以设定的速度对非晶合金、镁合金、铝合金进行挤压；5)挤压结束后，卸载凸模的挤压力，停止加热，对模具进行降温；6)拆除凸模，收集成型的工件；其中，设定温度界于非晶玻璃化温度Tg和晶化温度Tx之间。本专利技术挤压坯料放置顺序为镁合金、非晶合金和铝合金，或铝合金、非晶合金和镁合金。挤压结束后，黏在模腔内壁的剩余铝合金或镁合金坯料可以分别用NaOH溶液或HCl溶液进行清洗。成型件的取样过程为：先拆卸导向套，然后拆卸紧固压板，将凹模拼块及工件一起从夹紧套中取出，分离凹模拼块，得到工件。其中，所述镁合金、非晶合金和铝合金的高度比为15-40:1:10-30；进一步地，为了提高效率同时保证非晶部位不发生晶化，对非晶合金、镁合金、铝合金部位采用不同的速度进行挤压；优选地，在所述步骤4)中对镁合金的挤压速度为100mm/min---1000mm/min，对铝合金的挤压速度为100mm/min---800mm/min，对非晶合金的挤压速度为2mm/min---5mm/min；优选地，可对镁合金部位：挤压速度为200mm/min，非晶合金过渡部位(包括非晶合金片上下1mm范围)：挤压速度为2mm/min，铝合金部位：挤压速度为200mm/min，非晶过渡区域的挤压速度设置为合理的较慢速度，可以保证挤压工件过渡区域保持良好的高强硬度的非晶状态。本专利技术提供的第二方案是：一种连接镁合金与铝合金的挤压装置，包括：凸模和带有挤压腔的凹模，在挤压腔内设置镁合金、非晶合金和铝合金，凸模在外力作用下对挤压腔内的镁合金、非晶合金和铝合金进行挤压，凹模内设置镁合金、非晶合金和铝合金，镁合金、非晶合金和铝合金受热后在凸模的挤压作用下进入到成型腔内成型，成型腔的体积小于挤压腔的体积，挤压腔的底部逐渐收缩，成型腔的形状与工件的形状相同。上述适用于镁合金铝合金的热挤压装置，无需采用现有技术中的焊接方案，成型速度快，挤压温度通过电热元件实现控制，较为方便地对挤压温度进行控制，凸模与凹模在挤压腔内挤压非晶合金、镁合金和铝合金进而在成型腔内成型，通过使用非晶合金作过渡层，避免镁合金和铝合金直接连接产生金属间脆性化合物，实现两大轻量合金的高强度连接。此外，经过大塑性变形，镁、铝合金由于细晶强化而提高了自身强度。所述凹模包括至少两个拼块，拼块以模具中轴线进行拼合，拼块拼装形成所述的挤压腔，通过拼装挤压腔的设置，便于成型冷却后，拆开凹模取出成型件，避免损坏成型件，为了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种连接镁合金和铝合金的方法，其特征在于，对镁合金、铝合金与非晶合金进行同时挤压，以实现镁合金与铝合金的粘结。
【技术特征摘要】
1.一种连接镁合金和铝合金的方法，其特征在于，对镁合金、铝合金与非晶合金进行同时挤压，以实现镁合金与铝合金的粘结。2.如权利要求1所述的一种连接镁合金和铝合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)对块体的非晶合金、镁合金、铝合金清洗、干燥后备用；2)电热元件加热到设定温度后保温设定时间；3)在凹模的挤压腔内依次放入设定高度比的镁合金、非晶合金和铝合金或者是铝合金、非晶合金和镁合金；4)在挤压腔内凸模以设定的速度对非晶合金、镁合金、铝合金进行挤压；5)挤压结束后，卸载凸模的挤压力，停止加热，对模具进行降温；6)拆除凸模，收集成型的工件；其中，设定温度界于非晶玻璃化温度Tg和晶化温度Tx之间。3.如权利要求2所述的一种连接镁合金和铝合金的方法，其特征在于，所述镁合金、非晶合金和铝合金的高度比为15-40:1:10-30；进一步地，对非晶合金、镁合金、铝合金部位采用不同的速度进行挤压；优选地，在所述步骤4)中对镁合金的挤压速度为100mm/min---1000mm/min，对铝合金的挤压速度为100mm/min---800mm/min，对非晶合金的挤压速度为2mm/min---5mm/min。4.一种连接镁合金与铝合金的挤压装置，其特征在于，包括：凸模和带有挤压腔的凹模，在挤压腔内设置镁合金、非晶合金和铝合金，凸模在外力作用下对挤压腔内的镁合金、非晶合金和铝合金进行挤压，凹模内设置镁合金、非晶合金和铝合金，镁合金、非晶合金和...
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉平，蒋芮，刘海娟，侯弘历，贺连芳，张春芝，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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