一种轻质高强Mg-Al-Ta复合金属板材及其轧制成型方法技术

本发明专利技术实施例提供一种轻质高强Mg

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材及其轧制成型方法


[0001]本专利技术涉及金属材料加工
，具体而言，涉及一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材及其轧制成型方法。

技术介绍

[0002]深空探测技术的高速发展对材料的需要更加多元和苛刻，以月球探测、火星探测、太阳系外探测等太空活动，探测器面临诸如星体辐射、太阳风、宇宙背景辐射等非常强的电磁环境，其中高能量的粒子撞击对航天器设备的服役及其寿命的影响非常大，在减少设备的运行寿命的同时，甚至会严重恶化有效载荷的探测性能。各国对于该星体的深空探测均将高能粒子的防护作为结构设计的关键技术。基于这种航天器发射及具体服役环境对减重、稳定性、防辐射等要求，具有优异电磁屏蔽性的轻质金属合金是提升探测器性能的重要途经，其中最重要的是如何低成本、工业化地制造高性能金属零部件。
[0003]目前国外的相关探测结构件大多采用密度较大的重金属制造。通过重金属较强的韧致反射和散射等屏蔽强大的磁场和高能粒子对电子设备的影响。如美国采用钛合金、欧洲采用纯钽金属制造的屏蔽结构件，在发挥有色屏蔽的同时导致探测器结构件重量大幅增加，整个结构重量不小于180kg。对于目前我国的较低的火箭运载能力来说，采用密度较大的重金属屏蔽无法满足航天器的有效载荷设计和发射要求。镁合金是最轻的金属结构材料，比强度高、成型性优异，同时制造成本低廉，是航天领域重要的一类轻质金属材料，但是其电磁屏蔽性能较差。为优化航天器的整体性能，从双金属复合的角度优化材料的抗磁、高能粒子轰击性能，进而制造出保证优异防辐射性的同时又能降低结构件重量的镁/钽金属。
[0004]然而，对于轻质Mg合金和纯Ta两种材料，二者的熔点相差2300℃(钽的熔点约为2995℃、镁的熔点约650℃)，而且晶格结构相异(钽为BCC、镁HCP)，极易在累积叠轧过程中界面变形不协调、热物理性能不匹配等引起界面不结合、结合差等问题。而且，二者的互溶度非常小(＜0.1％wt)，如图1所示的Mg
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Al
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Ta二元相图显示，在650℃以下镁、钽两种元素之间无论采用何种比例都不会发生元素间的扩散，导致单纯的Mg和Ta无法形成一定深度的冶金结合界面，这些均造成了Mg/Ta复合板材室温轧制成型的技术瓶颈。为此，本专利提出了一种新型的增加纯铝中间层的镁/钽复合板材的差热温轧工艺，实现镁/钽复合板材的有效结合，同时兼具优良的强度。
[0005]目前，国内在Mg/Ta的轧制成型方面，如中国专利CN112742870A公开的异种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其在Mg/Ta的轧制成型时，采用包套方式进行镁合金和纯钽的热轧成型，虽可以得到成型的Mg/Ta复合板材，但其使用性能尤其强度性能并不十分理想，且热轧成型的工艺影响了该复合板材的工程化生产效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对以上问题，提供一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材及其轧制成型方法。所述板材通过增加轧制中间层，使得镁、钽金属之间通过特有的中间层轻质金
属形成连接，板材具有轻质、高强度、兼具机械和冶金结合的界面等优势，且当纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1
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5μm，其结合强度较高，满足使用要求。
[0007]本专利技术实施例的第一方面提供一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材，其特征在于，包括顺次复合且相邻板层之间存在扩散界面的镁合金板层、纯铝中间层、纯钽板层、纯铝中间层和镁合金板层；所述纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1
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5μm。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述纯铝中间层的厚度为0.01
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0.15mm；所述镁合金板层的厚度为0.1～3.0mm；所述纯钽板层的厚度为0.1～3mm。
[0009]本专利技术实施例的第二方面提供了一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010](1)取选定的镁合金板进行预退火处理；将选定的纯钽板、纯铝板以及预退火处理后的所述镁合金板依次选择性地进行表面处理和保温处理；
[0011](2)按照所述复合金属板材的结构，将所述镁合金板、纯铝板和纯钽板进行顺序堆叠，并进行温轧成型，得到复合板材；
[0012](3)将上述轧制后的复合板材进行退火处理。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述步骤(1)中，所述纯钽板与镁合金板的厚度比例为1:1～10；纯钽板和纯铝板的厚度比例为1:0.01～0.1；同时应当满足当所述纯钽板厚度为0.2～3mm时，所述镁合金板的厚度为0.2～6mm，所述纯铝板厚度为0.01～0.3mm。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述表面处理中，纯钽板、纯铝板和镁合金板表面处理后粗糙度(Ra)控制在100
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500μm范围内。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述保温处理中，纯钽板在150
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550℃保温10
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40min，镁合金板在100
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300℃下保温10
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30min。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述步骤(1)中，镁合金板退火热处理工艺为：150
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250℃保温1
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5h，空冷至室温。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述步骤(2)中，温轧成型控制参数为：轧辊温度150
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250℃，轧制道次至少一次，首道次压下量为40％～70％。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述步骤(3)中，退火处理控制参数为：退火温度为100
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300℃，保温时间1
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3h，冷却方式为随炉冷却或炉外空冷。
[0019]本专利技术还公开了所述轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材或所述方法成型得到的轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材在航空航天领域的应用。
[0020]本专利技术所述轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材，通过增加轧制纯铝中间层，促进镁与铝之间、钽与铝之间的界面扩散，使得镁、钽金属之间通过中间层形成连接。由于金属铝等轻质金属同样具备较低的密度，同时其延展性能良好，适合与其他金属的结合。本专利技术方案的研究显示，如图2所示的镁
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铝二元相图，从0℃开始，镁、铝之间即可实现元素扩散，在450℃左右，任何成分比例的两种金属组元间都会完全形成固溶体，因此该两种材料间结合性能优异。而如图3中所示的铝
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钽二元相图，显示，铝、钽之间，随着铝的含量降低，其更容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材，其特征在于，包括顺次复合且相邻板层之间存在扩散界面的镁合金板层、纯铝中间层、纯钽板层、纯铝中间层和镁合金板层；所述纯钽板层与纯铝中间层的界面扩散宽度为1
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5μm。2.根据权利要求1所述的轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材，所述纯铝中间层的厚度为0.01
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0.15mm；所述镁合金板层的厚度为0.1～3.0mm；所述纯钽板层的厚度为0.1～3mm。3.根据权利要求1或2所述的轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取选定的镁合金板进行预退火处理；将选定的纯钽板、纯铝板以及预退火处理后的所述镁合金板依次选择性地进行表面处理和保温处理；(2)按照所述复合金属板材的结构，将所述镁合金板、纯铝板和纯钽板进行顺序堆叠，并进行温轧成型，得到复合板材；(3)将上述轧制后的复合板材进行退火处理。4.根据权利要求3所述的轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述纯钽板与镁合金板的厚度比例为1:1～10；纯钽板和纯铝板的厚度比例为1:0.01～0.1；同时应当满足当所述纯钽板厚度为0.2～3mm时，所述镁合金板的厚度为0.2～6mm，所述纯铝板厚度为0.01～0.3mm。5.根据权利要求3所述的轻质高强Mg
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Al
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Ta复合金属板材的轧制成型方法，其特征在于，所述表面处理中，纯钽板、纯铝板和镁合金板表面处理后粗糙度(Ra)控制在100

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文博，韩修柱，薛志勇，孔钦可，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：