增强有色金属板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种增强有色金属板及其制备方法，其中所述制备方法，包括：提供多个金属板；将复合粉施加到所述金属板表面；叠合金属板，形成多板结构件；对所述多板结构件施以第一道次热轧；将第一道次热轧后的结构件切断；切断的结构件叠加，形成叠层结构件；对所述叠层结构件施以第二道次热轧；和继续重复N次切断、叠加、热轧的工序，N为大于等于零的整数。本发明专利技术公开的方法工艺难度低，工艺参数容易控制，可直接放大为大型工件制备，且安全、生产效率高。

Reinforced nonferrous metal sheet and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
增强有色金属板及其制备方法
本专利技术涉及一种将石墨烯作为第二相材料进入金属内部的合金及其制备方法，尤其涉及一种累积叠轧工艺的合金制备方法。
技术介绍
随着全球工业化的进展，高强度有色金属材料的需求日益壮大；从节约能源方面来看，工业金属轻量化是一个趋势；从节约金属矿产资源来看，利用地球上储量巨大的碳材料来增强有色金属将是一个巨大突破。由于铝、铜、镁、镍等不是碳化物形成元素(材料学定义)，碳原子在这些元素中固溶度很低，传统碳材料无法单独作为增强材料。这些金属的增强通常是依靠1)合金化得到高强度金属间化合物，这导致加工成型过程要添加多道热处理工序，金属、稀土等资源消耗量巨大，增强效果接近上限且工艺技术难度越来越大，产品综合性能约束(例如强度上升的同时塑性、导热、导电性下降等)导致应用环境有限制；2)外加硬质颗粒或纤维，例如碳纤维和碳纳米管增强铝基合金近年已经得到巨大发展和应用，但熔炼铸造难度或粉末冶金成本一直很大，同时受限于材料性能和结构要求，只能做某些复合材料产品和工艺应用。例如碳纤维增强铝合金羽毛球拍。其缺点是：1、只能一次浇铸成型，后续不再挤压等塑性加工；2、材料各向异性明显，对应碳纤维轴向的材料抗拉却不抗割。如果浇铸时碳纤维不是沿球杆轴向平行，该球杆性能急剧下降。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格，只有一个碳原子厚度的二维材料。理论上拥有杨氏模量(1TPa)，高的断裂强度(125GPa)，超高导热系数(5000W·m-1·K-1)和电子迁移率(200000cm2·v-1·s-1)，是目前已知强度最大的材料。如果能把碳以石墨烯的形式加入这四种有色金属中进行增强，将实现更强更轻的合金，更低廉的社会成本。但是，按照石墨烯上述严格概念，石墨烯为单层二维纳米材料，获得这样的材料成本过高，且很难保证纯度。常州第六元素材料科技股份有限公司通过不同的石墨烯制备工艺及工艺参数的调整，可以得到可控的不同层数范围的石墨烯，本公开中的石墨烯的概念，是上述严格概念的石墨烯的单层或多层。另外，常州第六元素材料科技股份有限公司通过不同的制备工艺，可以得到可控的不同还原程度的石墨烯，即为上述严格概念的石墨烯上带有不同程度的氧原子和氢原子，这种石墨烯的概念也落入本专利技术公开技术范围内。迄今为止，在把石墨烯添加到铝、铜等有色金属中并没有取得金属行业认可的成果。大多数是粉末冶金技术路线做石墨烯-铝复合材料，即将铝粉等金属粉末和石墨烯粉末高速球磨混合/液体中搅拌吸附，然后压制成型再烧结为整体块材。据报道强度提高了30～120MPa不等，但因为没有报道石墨烯在复材内部的分布信息，而且此类工艺中的形变强化或细晶强化等也能达到同样指标；同期有报道粉末冶金的球磨混粉过程有碳化铝生成，在随后的工艺过程中碳化铝会和空气中的水反应生成甲烷和氧化铝，即石墨烯在粉末冶金过程中将大量损耗；理论上高速球磨时的粉末微观条件也会促进碳-铝反应，所以到目前为止，粉末冶金烯铝合金没有任何权威的应用的报道。并且因为石墨烯是二维薄膜结构，容易扭曲，厚度是纳米材料，长宽是微米结构，靠石墨烯的超级拉伸强度来强化金属，对金属的位错运动、裂纹扩张的阻碍效应和传统的第二相硬质颗粒将有明显不同，这种全新的强化机制对合金内部的石墨烯的形态、位置、分布以及两相界面有特殊要求；粉末冶金难以兼顾这些方面，该工艺未来能否做出业界认可的石墨烯增强铝基合金是存疑的。粉末冶金制备石墨烯增强铝基合金有如下缺点：1)粉末表面吸附气体在之后的工艺中不能完全消除，产品考核指标中有孔隙率一项，产品的抗拉强度有限，不能制备工业大件；2)粉末冶金工艺的工序多，生产周期长；3)目前报道的石墨烯-铝复合材料仍处于探索阶段，没有得到工业领域的认可；4)铝粉是火箭燃料，为管制物品。现有技术中所列明的
技术实现思路
仅代表专利技术人所掌握的技术，并不理所当然被认为是现有技术而用于评价本专利技术的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种性能更加优越的增强有色金属板；本专利技术的另一目的是提供一种制备上述增强有色金属板的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来具体实现：一种增强有色金属板的制备方法，包括：提供多个金属板；将复合粉施加到所述金属板表面；叠合金属板，形成多板结构件；对所述多板结构件施以第一道次热轧；将第一道次热轧后的结构件切断；切断的结构件叠加，形成叠层结构件；对所述叠层架构件施以第二道次热轧；和继续重复N次切断、叠加、热轧的工序，N为大于等于零的整数。根据本专利技术的一个方面，所述重复N次至增强有色金属中的石墨烯片的片间距≤80微米，优选地，所述重复次数N符合下列公式：当提供多个金属板的个数为2时，N≥log2H+3，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；当提供多个金属板的个数为3时，N≥log3H+1，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；当提供多个金属板的个数为m时，N≥logmH，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；m为大于等于4的整数。本专利技术中，使用的复合粉中的石墨烯片的长和宽是微米级；最终得到的增强有色金属板中石墨烯片和片之间的距离是微米级，此时，石墨烯分散程度高且均匀。H厚度是毫米级(复合粉的厚度h小可忽略)，H来自原始金属板材的厚度，H决定了轧制次数，H越大，轧制总次数越多。例如二板叠轧时，H是2mm，轧制总次数至少6；H是4mm，轧制总次数至少7，符合上述公式。根据本专利技术的一个方面，所述多个金属板厚度相当。根据本专利技术的一个方面，所述将复合粉施加到所述金属板之前，事先对所述金属板的表面进行处理；优选地，所述表面处理采用磨削、碱洗、酸洗、擦洗中的一个或多个，进一步优选地，所述表面处理使金属表面粗糙度为Ra10±6。根据本专利技术的一个方面，所述将复合粉施加到所述金属板表面的执行方法为：辊涂，其中所述复合粉为金属粉和石墨烯的复合粉末。根据本专利技术的一个方面，所述复合粉的厚度是所述金属板厚度的10％以下。根据本专利技术的一个方面，所述复合粉中石墨烯的质量含量为0.2-1％，进一步优选为0.3％。根据本专利技术的一个方面，若轧制温度在所述金属板再结晶温度以下时，对结构件热轧后先进行扩散退火再切断；优选地，所述扩散退火的退火温度为0.4Tm±0.1Tm，其中Tm为金属板的熔点。若轧制温度在所述金属板再结晶温度以上时，可以不进行扩散退火。可查阅该金属牌号的国标获得。一般来说，上述的热轧温度在金属板的再结晶温度以上，则无需退火；如果上述的热轧温度低于金属板的再结晶温度，为了更好的效果，在热轧后进行扩散退火。根据本专利技术的一个方面，所述切断的结构件叠加之前，叠层之间的金属板表面施加复合粉；优选地，所述施加复合粉的次数C≤N+1；和/或所述复合粉的厚度是是所述金属板厚度的10％以下；和/或所述复合粉中石墨烯的质量含量为0.2-1％，进一步优选为0.3％；和/或在施加所述复合粉之前先对所要施加复合粉的金属板表面进行表面处理。根据本专利技术的一个方面，所述对热轧后的结构件切断中，根据提供的金属板的个数选择切断相同段数，各段长度相等。根据本专利技术的一个方面，所述热扎均在该金属板的再结晶温度以上、该金属板的再结晶温度或该金属板的再结晶温度以下进行轧制，优选在该金属板的再结晶温度以上进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强有色金属板的制备方法，包括：提供多个金属板；将复合粉施加到所述金属板表面；叠合金属板，形成多板结构件；对所述多板结构件施以第一道次热轧；将第一道次热轧后的结构件切断；切断的结构件叠加，形成叠层结构件；对所述叠层结构件施以第二道次热轧；和继续重复N次切断、叠加、热轧的工序，N为大于等于零的整数。

【技术特征摘要】
1.一种增强有色金属板的制备方法，包括：提供多个金属板；将复合粉施加到所述金属板表面；叠合金属板，形成多板结构件；对所述多板结构件施以第一道次热轧；将第一道次热轧后的结构件切断；切断的结构件叠加，形成叠层结构件；对所述叠层结构件施以第二道次热轧；和继续重复N次切断、叠加、热轧的工序，N为大于等于零的整数。2.根据权利要求1所述的增强有色金属板的制备方法，其特征在于，所述重复N次至增强有色金属中的石墨烯片的片间距为≤80微米，优选地，所述重复次数N符合下列公式：当提供多个金属板的个数为2时，N≥log2H+3，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；当提供多个金属板的个数为3时，N≥log3H+1，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；当提供多个金属板的个数为m时，N≥logmH，其中，H是所述原始金属板的厚度，单位为mm；m为大于等于4的整数。3.根据权利要求1所述的增强有色金属板的制备方法，其特征在于，所述多个金属板厚度相当。4.根据权利要求1所述的增强有色金属板的制备方法，其特征在于，所述将复合粉施加到所述金属板之前，事先对所述金属板的表面进行处理；优选地，所述表面处理采用磨削、碱洗、酸洗、擦洗中的一个或多个，进一步优选地，所述表面处理使金属表面粗糙度为Ra10±6μm。5.根据权利要求1所述的增强有色金属板的制备方法，其特征在于，所述将复合粉施加到所述金属板表面的执行方法为：辊涂，其中所述复合粉为金属粉和石墨烯的复合粉末；优选地，所述复合粉的厚度是所述金属板厚度的10％以下；和/或所述复合粉中石墨烯的质量含量为0.2-1％，进一步优选为0.3％。6.根据权利要求1所述的增强有色金属板的制备方法，其特征在于，若轧制温度在所述金属板再结晶温度以下时，对结构件热轧后先进行扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐采云，赖健平，葛明，瞿研，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32