一种强化铝合金复合板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种强化铝合金复合板材及其制备方法，充分利用采用吸铸2～23wt％共晶铝硅合金板材，覆盖绝大部分牌号的铝硅合金材料，铝合金板材的成分对复合板材整体的抗拉强度和屈服强度影响较小。上下两层共晶铝硅合金板材的表面均进行强韧骨架烧结嵌入，表面形成多道平行强化骨架，上下两层板材复合焊接后强韧骨架呈45～90度夹角，可互补提高抗拉强度和屈服强度。采用夹钎料进行压焊工艺焊接两块板材，无须轧制，组元界面扩散融合效果好，整体结合度高；Al‑Ni熔覆层可提升复合板材的耐磨性和耐腐蚀性，使保护内层复合板材基体，从而使本发明专利技术可应用于多种工况。

A kind of strengthened aluminum alloy composite plate and its preparation method

The invention discloses a strengthened aluminum alloy composite plate and a preparation method thereof, which makes full use of the aluminum silicon alloy material with the absorption casting of 2-23wt% eutectic aluminum silicon alloy plate and covering most brands, and the composition of the aluminum alloy plate has little influence on the overall tensile strength and yield strength of the composite plate. The surface of the two layers of eutectic Al Si alloy plates was sintered and embedded with a strong and tough framework, which formed a multi-channel parallel strengthening framework. After the composite welding of the two layers of plates, the strong and tough framework formed an angle of 45-90 degrees, which can improve the tensile strength and yield strength. The two plates are welded by pressing welding process with filler metal without rolling, the component interface diffusion fusion effect is good, and the overall combination degree is high; the Al \u2011 Ni cladding layer can improve the wear resistance and corrosion resistance of the composite plate, so as to protect the inner composite plate matrix, so that the invention can be applied to a variety of working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种强化铝合金复合板材及其制备方法
本专利技术涉及铝合金材料领域，特别涉及一种强化铝合金复合板材及其制备方法。
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强化铝合金复合板材的制备。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强化铝合金复合板材及其制备方法，对铝硅合金板材的强度和塑性要求低，铝硅合金板材嵌入强化后压焊连接，结合板材表面熔覆强化处理，获得整体强度高的复合铝合金板材。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：一种强化铝合金复合板材，包含上层和下层铝合金板材，两层板材通过钎料焊接，复合板材外表面熔覆有Al-Ni硬化层，仅在所述上层和下层板材的焊接面上各内嵌有强韧骨架，所述同面上的强韧骨架为条状平行排列，不同面上的强韧骨架呈45～90°夹角。优选地，所述强韧骨架单条宽度为0.4～6cm，单条形状为波浪形、直线形、S形、L形中的一种，15～40cm等间距平行排列，所述Al-Ni硬化层厚度为0.4～0.8mm，所述复合板材整体厚度为1.5～3.5cm，长2～5m，宽2～4m，尺寸误差≤1mm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度6.5～16mm。优选地，所述铝合金板材化学成分为：2～23wt％Si，0.3～0.5wt％稀土元素，0.4～1.5wt％Cu，0.6～0.9wt％Cr，2.5～4.9wt％Mg，0.1～0.5wt％Ti，0.04～0.22wt％B，余量为Al；所述稀土元素为镧、铒、钕、钷中的一种。优选地，所述钎料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％BN，8～10wt％Si3N4，2～5wt％AlN，3～5wt％TiO2，0.5～1wt％VC，1.5～5.5wt％SiC，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.01wt％，杂质总量≤0.05wt％，余量为Al-Si-Sn-Mg合金，所述原料均为微粉状，粒径为200～300目；所述钎料为0.13～0.22mm厚度的箔状料；所述Al-Si-Sn-Mg合金化学成分为：10～15wt％Si，15～25wt％Mg，15～25wt％Sn，余量为Al。优选地，所述强韧骨架由填充粉末烧结形成，所述填充粉末粒径为100～500nm，由如下质量分数的原料组成：2～6wt％Ni，1～4wt％Mo，0.5～1.0wt％VC，0.2～0.5wt％TaC，3～15wt％立方氮化硼，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TiC，所述原料均为颗粒状，粒径为50～100目。一种上述强化铝合金复合板材的制备方法，包含如下具体步骤：(1)将上层和下层铝合金板材裁切为相同尺寸的方形板材，在板材任一长宽面上开多条平行沟槽，沟槽开口宽度为0.4～6cm，沟槽于铝合金板材侧面不开通，相邻两条沟槽开口外缘垂直距离为15～40cm，沟槽垂直嵌入深度为板材厚度的1/3～1/4，两块板材上的沟槽走向保证在板材重合时有45～90°夹角；(2)用填充粉末填平沟槽，沟槽开口上施加0.2～0.5MPa压力，保持1～5min，继续填平沟槽，重复施压，反复三次；逐条沟槽进行光纤激光器扫射烧结，激光功率2.5～5KW，激光聚焦光斑直径0.5～6.1cm，激光聚焦光斑圆心沿沟槽开口中心线扫描，扫描速度4～8mm/s，定位精度达到0.05mm，加工室内填充氦气至0.2～0.3MPa进行惰性气体保护，激光聚焦光斑中心温度1200～1400℃，加工平台与铝合金板材间设置有流动水冷却装置，用于消除激光扫面加工产生的热量累积，水面低于烧结加工平面；(3)消除板材应力：将单面烧结强韧骨架的板材加热至170～230℃，保温30～50min，空冷后浸入液氮中45s取出，重复上述步骤两遍，再加热至200～300℃，保温24h，空冷，铲平并抛光烧结面；(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化铝合金复合板材，其特征在于，包含上层和下层铝合金板材，两层板材通过钎料焊接，复合板材外表面熔覆有Al-Ni硬化层，仅在所述上层和下层板材的焊接面上各内嵌有强韧骨架，所述同面上的强韧骨架为条状平行排列，不同面上的强韧骨架呈45～90°夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一种强化铝合金复合板材，其特征在于，包含上层和下层铝合金板材，两层板材通过钎料焊接，复合板材外表面熔覆有Al-Ni硬化层，仅在所述上层和下层板材的焊接面上各内嵌有强韧骨架，所述同面上的强韧骨架为条状平行排列，不同面上的强韧骨架呈45～90°夹角。


2.根据权利要求1中所述的一种强化铝合金复合板材，其特征在于：所述强韧骨架单条宽度为0.4～6cm，单条形状为波浪形、直线形、S形、L形中的一种，15～40cm等间距平行排列，所述Al-Ni硬化层厚度为0.4～0.8mm，所述复合板材整体厚度为1.5～3.5cm，长2～5m，宽2～4m，尺寸误差≤1mm，所述上层和下层铝合金板材厚度相同，厚度6.5～16mm。


3.根据权利要求1中所述的一种强化铝合金复合板材，其特征在于：所述铝合金板材化学成分为：2～23wt％Si，0.3～0.5wt％稀土元素，0.4～1.5wt％Cu，0.6～0.9wt％Cr，2.5～4.9wt％Mg，0.1～0.5wt％Ti，0.04～0.22wt％B，余量为Al；所述稀土元素为镧、铒、钕、钷中的一种。


4.根据权利要求3中所述的一种强化铝合金复合板材，其特征在于：所述钎料由如下质量分数的原料组成：6～13wt％BN，8～10wt％Si3N4，2～5wt％AlN，3～5wt％TiO2，0.5～1wt％VC，1.5～5.5wt％SiC，其他元素均为杂质，其他元素中单个元素含量≤0.01wt％，杂质总量≤0.05wt％，余量为Al-Si-Sn-Mg合金，所述原料均为微粉状，粒径为200～300目；所述钎料为0.13～0.22mm厚度的箔状料；
所述Al-Si-Sn-Mg合金化学成分为：10～15wt％Si，15～25wt％Mg，15～25wt％Sn，余量为Al。


5.根据权利要求1中所述的一种强化铝合金复合板材，其特征在于：所述强韧骨架由填充粉末烧结形成，所述填充粉末粒径为100～500nm，由如下质量分数的原料组成：2～6wt％Ni，1～4wt％Mo，0.5～1.0wt％VC，0.2～0.5wt％TaC，3～15wt％立方氮化硼，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TiC，所述原料均为颗粒状，粒径为50～100目。


6.一种如权利要求1-5中任一项所述强化铝合金复合板材的制备方法，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相同尺寸的方形板材，在板材任一长宽面上开多条平行沟槽，沟槽开口宽度为0.4～6cm，沟槽于铝合金板材侧面不开通，相邻两条沟槽开口外缘垂直距离为15～40cm，沟槽垂直嵌入深度为板材厚度的1/3～1/4，两块板材上的沟槽走向保证在板材重合时有45～90°夹角；
(2)用填充粉末填平沟槽，沟槽开口上施加0.2～0.5MPa压力，保持1～5min，继续填平沟槽，重复施压，反复三次；逐条沟槽进行光纤激光器扫射烧结，激光功率2.5～5K...

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