【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料的设计与热加工，具体涉及一种超轻型铝锂基叠层复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、新一代航空航天、电子领域材料，对其结构质量、材料刚度、可焊性都提出了更严苛的设计要求，5a90铝锂合金在航空航天材料中发展迅速，用以代替常规的高强度铝合金，然而，铝锂合金的钎焊能力欠佳，限制了其应用的灵活性。
2、采用多种铝合金制备复合材料，利用各合金组元的性能优势弥补单一牌号铝合金的应用短板。以这种设计思路研制的新型铝基叠层复合材料将很好的满足下一代航空航天材料的设计需求。针对几种不同牌号的铝合金薄板，采用金属叠层热轧是实现不同铝板间可靠结合的较为成熟的技术手段。但由于5a90铝锂合金中的mg、li元素非常活泼，容易在加热时发生氧化，在铝锂板表层形成疏松且较厚的氧化层。但直接采取传统的轧制工艺直接将铝锂板进行叠层热轧，将严重影响叠层界面的连接质量，也难以很好的满足航空航天材料的设计需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：提供一种超轻型铝锂基叠层复合材料及其制备方法，以5a90铝锂合金作为主结构材料，与al-mn系、al-si系等钎焊性好的铝合金组成铝锂基叠层复合材料，用于实现低密度(≤2.53g/cm3)、高比刚度(≥29.3gpa/g/cm3)、易钎焊(钎焊接头强度≥74mpa)等优异的材料综合性能。
2、为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、提供一种超轻型铝锂基叠层复合材料，所述铝锂基叠层复合材料由al-mg-li系
4、所述铝锂基叠层复合材料由al-mg-li系铝锂合金、工业纯铝、al-mn系铝合金及al-si系铝合金的四层基板薄板构成；按照al-mg-li系合金/工业纯铝/al-mn系合金/al-si系合金的结构顺序组成的超轻型铝锂基叠层复合材料；
5、所述al-mg-li系合金的基板厚度为0.6～1.2mm、工业纯铝的基板厚度为0.03～0.06mm、al-mn系合金的基板厚度为0.08～0.12mm、al-si系合金的基板厚度为0.08～0.12mm；
6、特别第，所述al-mg-li系铝锂合金为5a90铝锂合金。所述al-mn系合金为3a21铝合金；al-si系合金为4004铝合金。
7、将基板叠层组合后，经过热轧、焊接、真空处理、金属表面处理得到所述铝锂基叠层复合材料。制备得到的铝锂基叠层复合材料的密度≤2.53g/cm3、比刚度≥29.3gpa/g/cm3，钎焊后接头强度≥74mpa。
8、优选地，所述工业纯铝为1060工业纯铝。
9、另一方面，提供一种超轻型铝锂基叠层复合材料的制备方法，用于制备所述的铝锂基叠层复合材料，其步骤如下：
10、步骤一、
11、将工业纯铝、al-mn系合金及al-si系合金基板薄板按照工业纯铝/al-mn系合金/al-si系合金的结构顺序叠放好，固定后，在加热炉中升温至400～450℃，待材料充分热透后出炉，采用金属叠层热轧工艺将叠层板按照10％～20％的单道次压下量进行多道次热轧，直至达到预定厚度为止，得到叠轧板ι；
12、步骤二、
13、将所述叠轧板ι经过切边及表面清洗后，让其工业纯铝的一侧与5a90铝锂合金基板上下叠放，对叠放边部进行穿透环焊，并在环焊缝相交处保留5～10mm左右的开口，用于抽真空；
14、步骤三、
15、利用所述的开口对5a90铝锂合金基板与获得的叠轧板i之间的夹缝抽真空，待真空度达到100～1000pa并且相对稳定后，保持抽真空的同时将开口焊合，从而在5a90铝锂合金基板与叠轧板i之间的腔体形成稳定的低真空环境；
16、步骤四、
17、将步骤三处理后得到的以5a90铝锂合金/工业纯铝/al-mn系合金/al-si系合金为结构特征的整件在空气炉内加热至400～450℃，待材料充分热透后，快速转移至轧机进行轧制，按照5％～20％单道次压下量进行热轧，直至达到所需的厚度；
18、步骤五、
19、将步骤四热轧成一体的5a90铝锂合金/工业纯铝/al-mn系合金/al-si系合金叠层轧制板切除未焊合飞边，切片精整后在280℃～350℃低温退火20～40min，获得超轻型铝锂叠层复合材料。
20、所述制备方法在步骤一之前将各个基板铣面操作：将5a90铝锂合金、工业纯铝、al-mn系铝合金及al-si系铝合金基板的待复合表面进行铣面处理，去除氧化层并保持表面光亮。
21、优选地，所述步骤一中基板薄板采取机械方法固定。
22、优选地，所述步骤二中采用熔焊或者搅拌摩擦焊接方式对叠放边部进行穿透环焊。
23、本专利技术提出的一种超轻型铝锂基叠层复合材料，其制备难点在于解决5a90铝锂合金热轧制过程中出现的表面氧化以及避免5a90铝锂合金与3a21铝合金间发生合金元素反应。工艺中采用工业纯铝作为5a90铝锂合金与3a21合金中间的过渡，避免合金元素间相互干扰；并且将工业纯铝与5a90铝锂合金之间的间隙进行低真空处理，以降低铝锂合金表面氧化对轧制造成的损害。本专利技术工艺制备得到的铝锂基叠层复合材料的密度≤2.53g/cm3、比刚度≥29.3gpa/g/cm3，钎焊后接头强度≥74mpa。
24、本专利技术的有益效果是：
25、本专利技术提出的一种新型超轻型铝锂基叠层复合材料，兼顾了低密度、高比刚度及良好钎焊性等多向性能优势，尤其适用于充当航空航天领域的新型材料。本专利技术以5a90铝锂合金作为主结构材料，与钎焊性优良的3a21、4004铝合金进行搭配，再以工业纯铝作为5a90铝锂合金与3a21铝合金间的过渡，避免了合金元素间的反应干扰。并且，通过对各层铝基板的厚度比设计，实现对铝锂基叠层复合材料的密度控制。经过对薄板叠层轧制、高效焊接、真空封腔、金属表面处理等多种技术手段的合理运用，制备出的超轻型铝锂基叠层复合材料性能稳定，界面结合强度高。
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1.一种超轻型铝锂基叠层复合材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述Al-Mg-Li系铝锂合金为5A90铝锂合金。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述Al-Mn系合金为3A21铝合金；Al-Si系合金为4004铝合金。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述工业纯铝为1060工业纯铝。
5.一种超轻型铝锂基叠层复合材料的制备方法，用于制备权利要求1所述的铝锂基叠层复合材料，其步骤如下：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：还包括在步骤一之前将各个基板铣面操作：将5A90铝锂合金、工业纯铝、Al-Mn系铝合金及Al-Si系铝合金基板的待复合表面进行铣面处理，去除氧化层并保持表面光亮。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤一中基板薄板采取机械方法固定。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤二中采用熔焊方式对叠放边部进行穿透环焊。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤二中采用搅拌摩擦
10.一种航空航天用零件壳体，其特征在于：所述壳体材料为权利要求1所述的其超轻型铝锂基叠层复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种超轻型铝锂基叠层复合材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述al-mg-li系铝锂合金为5a90铝锂合金。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述al-mn系合金为3a21铝合金；al-si系合金为4004铝合金。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述工业纯铝为1060工业纯铝。
5.一种超轻型铝锂基叠层复合材料的制备方法，用于制备权利要求1所述的铝锂基叠层复合材料，其步骤如下：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：还包括在步骤一之...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍镭，郝时嘉，于娟，钟立伟，李国爱，冯朝辉，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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