一种高强度复合铝合金板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度复合铝合金板材及其制备方法，充分利用吸铸7～22wt％共晶铝硅合金板材作为外夹层，低温共烧陶瓷氧化物混合物粉烧结物作为陶瓷芯层，进行激光扫射烧结形成夹心结构，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；利用共晶铝硅合金板材高强度的优点，结合陶瓷芯层和搅拌摩擦加工表面强化，大幅强化铝合金复合板材的硬度和强度。陶瓷芯层原料和搅拌加工填充料中均包含SiO

A high strength composite aluminum alloy plate and its preparation method

The invention discloses a high-strength composite aluminum alloy plate and a preparation method thereof. The absorption casting 7-22wt% eutectic aluminum silicon alloy plate is fully used as the outer interlayer, the low-temperature CO fired ceramic oxide mixture powder sinter is used as the ceramic core layer, and the laser beam sintering is carried out to form the sandwich structure without rolling, the component interface diffusion fusion effect is good, and the overall combination degree is high; the eutectic aluminum is used With the advantages of high strength of silicon alloy plate, the hardness and strength of aluminum alloy composite plate are greatly strengthened by the combination of ceramic core layer and friction stir surface strengthening. SiO is contained in ceramic core material and stir processing filler

【技术实现步骤摘要】
一种高强度复合铝合金板材及其制备方法
本专利技术涉及铝合金材料领域，特别涉及一种高强度复合铝合金板材及其制备方法。
技术介绍
单一铝合金材料性能单一，通过改进铸造工艺和铸造后加工工艺对其力学性能的提升有限。为进一步提升铝合金材料的强度，叠层铝合金复合材料逐渐发展成为一种高性能，低成本的优良铝合金替代材料，其可在满足使用强度的前提下可以减少合金使用量，也可在相同铝合金使用量下大幅提升力学性能，叠层铝合金复合板的性能具有任何一种组元无法比拟的优越性，是多种优良性能的结合体。叠层铝合金复合板这种兼具复合板组元的优良特性，不仅可以打破铝合金材料性能提升的瓶颈，还可降低铝合金材料用量，充分利用铝合金材料，降低制造成本，提高铝合金产品附加值。目前，叠层铝合金复合板主要采用浇铸板轧制复合法、扩散连接法制备，由于复合方法不同，铝镁叠层复合板的复合机理、组织形态、力学性能也有所差异。轧制复合是通过轧机施加的较大的轧制力下使两层及以上金属发生塑性变形，金属表面相互接触，并较为稳固的结合在一起。金属之间的结合强度也会受到轧制变形量、轧制温度、轧后退火温度等多种参数的影响。扩散连接法是指在压焊技术条件下，由于高温和压力的共同作用，金属之间的接触表面发生局部范围内的塑性变形，一段时间后经过金属原子的相互扩散而实现多层金属结合的复合方法。中国专利CN101279521B公开了一种高强度层状复合铝合金材料及其制备方法，涉及金属材料及其加工
，特别是一种成形性能优良的高强度层状复合铝合金材料及其制备方法。该材料外层是成形性能优良的6009铝合金，内层是高强韧7075铅合金，在两层之间存在一个厚度为毫米数量级、成分呈梯度变化的过渡层；其内层铝合金成分中的锌、镁含量从内向外呈梯度降低。材料具有与6009铝合金一样优良的成形性能，此外耐腐蚀性能与6009铝合金相当，但强度比6009合金高50％以上，兼有成形性能好、耐腐蚀和高强度的特性，可广泛应用于汽车、石油化工、航空等领域。中国专利CN105624476B公开了一种建筑用高强度层状铝合金板材的制备方法。所述制备方法包括包覆层和芯层制备，所述包覆层和芯层分别经过配料→熔炼→除气、过滤→浇铸→均匀化退火→锯切→表面处理工序，得到包覆层及芯层铸造板；再将处理好的铸造板按照包覆层/芯层/包覆层进行复合焊接→预热、热轧→冷轧→中间退火→冷轧→固溶→时效处理，得到成品。制备方法采用双铸造组织铝合金进行复合轧制，界面复合效果良好，产品强度和耐蚀性能明显提高，使用寿命延长，生产成本显著降低。上述专利技术代表了目前铝合金复合板材制备的常用方法，采用浇铸制备包覆层和芯层后进行轧制复合的方法生产铝合金复合板材。为了获得良好的界面复合效果和成形效果，复合板材加工需要进行多道次轧制，在多道次叠轧时层与层之间有明显的波浪起伏，甚至开始出现颈缩和断裂，而且轧制工艺需要铸造铝合金材料具备良好的塑性和高延伸率，但含硅量大于7％的共晶铝硅合金材料塑性较差，随着含硅量的增加虽然强度提升，但塑性明显下降，无法进行大形变量的轧制，因此无法利用高性能的共晶铝硅合金进行高强度复合铝合金板材的制备。为此，需要开发一种可高效利用共晶铝硅合金制备复合铝合金板材的方法，打破共晶铝硅合金性能提升瓶颈，利用共晶铝硅合金的高强度特性提升复合铝合金板材性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：本专利技术提供一种高强度复合铝合金板材及其制备方法，有效复合高强度、低塑性的铝硅合金板材，结合板材表面强化处理，提升板材整体强度。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：一种高强度复合铝合金板材，包含上层和下层铝合金板材，两层板材中间夹有一层陶瓷芯层形成夹心结构，夹心结构外表面沉积有一层陶瓷层，仅在上层铝合金板的上表面和下层铝合金板的下表面进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工部位呈条状平行排列，所述上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，所述上层和下层铝合金板材均采用含硅7～22wt％的共晶铝硅合金材料制成。优选地，所述高强度复合铝合金板材厚度为1～4cm，长1～4m，宽1～3m，所述陶瓷层厚度为63.2～152.6μm，所述陶瓷芯层厚度为0.1～0.4cm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度0.45～1.8cm。优选地，所述搅拌摩擦加工部位的单条宽度为1～3cm，10～30cm等间距平行排列，所述共晶铝硅合金材料化学成分为：7～22wt％Si，0.3～0.5wt％Fe，0.5～1.0wt％Cu，0.5～1.5wt％Mn，0.1～0.3wt％Mg，0.01～0.11wt％Zn，0.1～0.3wt％P，余量为Al。优选地，所述陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％SiO2,，5～8wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043或4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目；优选地，所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：20～30wt％SiO2，8～15wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，0.2～1.5wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为上述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目。一种上述高强度复合铝合金板材的制备方法，包含如下具体步骤：(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.5～1.6cm，沟槽开口长轴按10～30cm等间距平行排列，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工；(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至150～250℃，保温20～60min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至100～150℃，保温12h，空冷备用；(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝上水平放置于加工平台上，于其上采用静电粉末喷涂法均匀喷涂陶瓷芯层原料，喷涂厚度为0.12～0.49cm；将上层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝下，水平移动并平铺盖在陶瓷芯层原料层上，保证上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，在上层铝合金板材上均匀施加5～15MPa的压力形成夹心结构；(4)采用光纤激光器扫射上层铝合金板材上表面，扫射期间持续施压，激光功率2.2～4.4KW，激光聚焦光斑直径2～6cm，扫描速度10～25mm/s，定位精度达到0.1mm，加工室内填充氩气至0.1～0.5MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度750～1000℃，加工平台与铝合金板材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度复合铝合金板材，其特征在于，包含上层和下层铝合金板材，两层板材中间夹有一层陶瓷芯层形成夹心结构，夹心结构外表面沉积有一层陶瓷层，仅在上层铝合金板的上表面和下层铝合金板的下表面进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工部位呈条状平行排列，所述上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，所述上层和下层铝合金板材均采用含硅7～22wt％的共晶铝硅合金材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度复合铝合金板材，其特征在于，包含上层和下层铝合金板材，两层板材中间夹有一层陶瓷芯层形成夹心结构，夹心结构外表面沉积有一层陶瓷层，仅在上层铝合金板的上表面和下层铝合金板的下表面进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工部位呈条状平行排列，所述上层板材和下层板材上的搅拌摩擦加工部位呈90°夹角，所述上层和下层铝合金板材均采用含硅7～22wt％的共晶铝硅合金材料制成。


2.根据权利要求1中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述高强度复合铝合金板材厚度为1～4cm，长1～4m，宽1～3m，所述陶瓷层厚度为63.2～152.6μm，所述陶瓷芯层厚度为0.1～0.4cm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度0.45～1.8cm。


3.根据权利要求1中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述搅拌摩擦加工部位的单条宽度为1～3cm，10～30cm等间距平行排列，所述共晶铝硅合金材料化学成分为：7～22wt％Si，0.3～0.5wt％Fe，0.5～1.0wt％Cu，0.5～1.5wt％Mn，0.1～0.3wt％Mg，0.01～0.11wt％Zn，0.1～0.3wt％P，余量为Al。


4.根据权利要求3中所述的一种高强度复合铝合金板材，其特征在于：所述陶瓷芯层原料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％SiO2,，5～8wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为4043或4047铝硅合金，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目；
所述搅拌摩擦加工使用的粉末填充料由如下质量分数的原料组成：20～30wt％SiO2，8～15wt％B2O3，8～10wt％CaO，1.5～3.5wt％MnO2，2～5wt％MgO，3～5wt％TiB2，0.5～1wt％CrO3，1.5～5.5wt％ZrO2，0.2～1.5wt％MoS2，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.02wt％，杂质总量≤0.1wt％，余量为所述共晶铝硅合金材料，所述原料均为颗粒状，粒径为40～80目。


5.一种如权利要求1-4中任一项所述高强度复合铝合金板材的制备方法，其特征在于，包含如下具体步骤：
(1)将上层和下层铝合金板材裁切为等长宽的正方形板材，在板材任一正方形面上平行于正方形一边开多条沟槽，沟槽开口宽度为0.5～1.6cm，沟槽开口长轴按10～30cm等间距平行排列，沟槽垂直深度小于1/2板材厚度，均匀填入等体积粉末填充料，逐条进行搅拌摩擦加工；
(2)消除板材应力：将搅拌摩擦加工后的板材加热至150～250℃，保温20～60min，空冷后浸入液氮中30s取出，重复上述步骤两遍，再加热至100～150℃，保温12h，空冷备用；
(3)将下层铝合金板材未搅拌摩擦加工的一面朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文娟，孙道妹，伍和龙，吴辉，
申请(专利权)人：伍和龙，
类型：发明
国别省市：安徽;34