一种制备异种合金层状复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及异种合金的层状复合材料的制备技术，具体为一种制备异种合金层状复合材料的方法。其制备工艺为使用等通道转角挤压方法制备双层或多层复合材料。首先选取合适的合金组合，经过表面处理后进行合理的搭配，采用合理的加工工艺，在等通道转角模具里进行挤压剪切变形，经过一次或多次复合挤压成型。挤压后根据需要可以选取适当的温度和时间进行热处理进一步促进界面扩散结合，兼顾异种合金的界面和各组成层的组织细化与性能，从而制备出界面结合牢固，具有良好组织结构和优异性能的金属层状复合材料。本发明专利技术的材料选配和组合方式比较自由，可以采取双层或间隔多层等方式组合不同的金属材料，适用于多种材料，是一种制备复合材料的新方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及异种合金的层状复合材料制备技术，具体地说是一种用等通道角模具复合挤压双层或多层金属材料，生产异种合金层状复合材料的方法。本专利技术利用等通道转角的挤压和剪切作用进行复合，是生产复合材料的一种新方法。
技术介绍
等通道角挤压(Equal Channel Angular Extrusion，简称ECAE)技术发展至今已有二十多年的历史，是一项新颖高效的高性能合金制备技术，其机理是通过施加压力把材料从一个通道挤压到另一个通道，试样在转角的地方发生纯剪切变形，挤压后材料的横截面形状和面积基本不变，可以重复操作此过程，利用等截面通道转角处强烈剪切应变的累积效应，在保持大块体材料的状态下经反复多道次挤压的累积迭加而得到相当大的总应变量，显著细化晶粒尺寸，产生微米或亚微米级晶粒；等通道角挤压技术目前主要应用于试验研究工作，是一种创新有效的晶粒细化方法，可以改善材料的性能并提高成形性，或者用来研究材料的超塑性能和组织结构的变化等。利用等通道角挤压具有的独特优点，可以选用合适的异种合金进行复合挤压，使合金的晶粒得到细化，同时塑性也得到提高；因为挤压时合金在一定的温度下承受压力作用，通过扩散作用异种合金的界面结合比较牢靠。同时，它可以实现较精确的尺寸控制，生产尺寸精确的毛坯。利用ECAE的技术特点，有望制备不同合金系的复合层状材料，例如利用镁合金、铝合金、锌合金、钛合金、铜合金和钢铁材料等的不同配合制备复合材料。ECAE工艺的优点受到工业界的广泛关注，目前开展了一些工业应用的探索，并取得了一定的进展，如韩国的C2S2工艺，金属条带轧制后利用ECAE进行连续剪切变形，用于连续轧制板带；另外，带移动壁的ECAE装置为加工大尺寸产品提供了方向；而旋转模ECAE装置简化了试样多次装卸过程的难度，ECAE正在向着工业应用逐步前进。随着航空航天、交通运输、化工、建筑和电子工业的迅速发展，不断地对材料的性能提出越来越苛刻的要求，传统的单一的材料在全面满足力学性能、化学性能和电磁性能等要求方面遇到越来越多的困难。而层状复合材料不仅综合了组成材料的各自的优点而且具有单一材料不易具备的功能，因此层状复合材料开拓了一条设计、制备材料的新途径，并已经在很多工业和技术部分中得到了广泛的应用。而复合材料制备的关键在于复合技术的发展。常见的复合材料制备方法有铸造复合法、轧制复合法、挤压复合法、爆炸复合法和爆炸+轧制复合法等。虽然以上复合技术已在实际生产中得到应用并有各自的优点，但同时不可避免的存在一些缺点，如爆炸复合材料的结合界面易呈现波形而影响了其结合强度，而且产品尺寸精度难以控制；轧制复合材料在制备过程中易弯曲而影响结合质量；铸造复合设备复杂、复合过程难以控制等。因此新的复合技术的发展受到越来越多的重视。近年来，国外又出现了一些新型金属层状复合技术，如反向凝固法、浇注复合法、铸轧复合技术、喷射沉积复合技术等，反映了金属层状复合技术高效、低耗、连续、短流程化的新特点，代表着金属层状复合技术的新发展方向，但新技术还不完善，许多技术难题还有待解决，限制了在实际生产中的应用。使用普通的复合坯料挤压法的缺点主要是由于挤压时金属流动不均匀，容易造成挤压管材沿长度方向内外层壁厚不均匀，当内外层坯料的变形抗力相差较大时，容易产生外形波浪、界面呈竹节状甚至较硬层产生破断的现象，因而金属的组合受到很大限制。而使用等通道角模具进行异种合金复合材料的制备技术和工艺，是生产复合材料的一种新途径新方法，国内外尚没有见到报道。利用等通道的均匀剪切变形可以有效破坏材料的氧化层实现组元材料新鲜表面产生，而且提供足够大的压力和塑性变形实现面与面的紧密接触，同时变形过程伴随的扩散可有效提高界面结合，并可以有效的细化晶粒。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用等通道转角技术进行复合挤压，提供一种成本较低、可靠性较高而工艺简捷有效的异种合金层状复合材料制备方法；挤压后的复合材料也可以作为坯料，继续进行复合轧制生产厚度更薄的板状复合材料。解决复合坯料挤压法存在的复合方式有限、产品尺寸精度难以控制、易弯曲而影响结合质量、设备复杂、复合过程难以控制等问题。本专利技术的技术方案是本专利技术通过选择适用的合金种类、设计它们的厚度配比和位置排列，然后经过等通道角模具挤压制备出具有优异综合性能的金属层状复合材料。例如用表层铝与心部镁合金复合，形成铝镁复合材料，利用铝的优点，提高复合材料的综合性能；利用高塑性和超塑性表层也可以提高复合材料的可加工性，或制备超塑性复合材料，实现异种材料优点的互补，制备综合性能高的复合材料。本专利技术的材料选配和组合方式比较自由，可以采取双层或间隔多层等方式组合不同的金属材料，通过等通道角模具进行热复合；然后，利用退火促进界面结合，必要时可以进行轧制以生产需要的复合材料。本专利技术使用等通道角模具进行复合材料的制备，其优越性主要体现在由于复合是在表面无氧化或弱氧化、承受一定压力和高温作用下复合成一体的，材料承受静压应力和剪切应力，可以保证材料层与层之间的面与面真正的接触，满足制备层状复合材料的要求，获得良好结合状态的复合层界面；通过挤压复合，晶粒得到细化，塑性也得到提高，因为挤压时材料的流动比较均匀，金属复合层间的变形抗力差比较小，挤压后外形不变，可以实现较精确的尺寸控制，生产尺寸精确的毛坯；另外，如果只为实现层与层之间的复合，而不必使材料晶粒超细化时，ECAE技术可以不受挤压温度和样品尺寸的限制，有望和普通轧制、挤压技术一样成为制备大尺寸层状复合材料的又一种工业新技术。本专利技术使用等通道转角挤压方法制备双层或多层复合材料。首先选取合适的合金组合，经过表面处理后进行合理的搭配，采用合理的加工工艺，在等通道转角模具里进行挤压剪切变形，经过一次或多次复合挤压成型。挤压后根据需要可以选取适当的温度和时间进行热处理进一步促进界面扩散结合，兼顾异种合金的界面和各组成层的组织细化与性能，从而制备出界面结合牢固，具有良好组织结构和优异性能的金属层状复合材料。本专利技术利用等通道角挤压生产复合材料的技术，包括复合材料成分和结构的设计；复合设备ECAE加工模具的设计和应用；复合坯料的预处理和组装方式；复合材料的ECAE加工复合过程和复合材料组织的控制；复合材料的退火处理；复合材料的轧制。主要工艺步骤如下1)根据需要和合金的性质选择优化适用的合金组合，对表面适当处理后，通过等通道模具挤压产生的剪切塑性变形而形成面与面间的结合。一般说来，氧化膜是界面结合的障碍，有氧化膜的地方材料是不能焊合的，只有氧化膜破裂，新鲜金属裸露并相互接触，金属才有可能结合。氧化膜越薄、越脆，在金属变形时越易破碎，复合就越容易，氧化膜韧而易变形，则在变形时氧化膜会随着金属一起变形，使新鲜金属难以裸露，金属焊合就困难。因此需要采取适当的预处理，在一定的温度和压力的作用下，通过塑性变形将金属或合金结合成一体，并可使其界面达到冶金结合。挤压加工开始前，对坯料待结合界面进行预处理，使用机械法(如用砂轮、铁刷或砂纸等)或液体浸洗法(如酸、碱或酒精等)或物理、化学方法等去除不利于复合的金属表面油污、氧化皮和夹杂等附着物，保证获得干净而又有一定粗糙度的待结合面，以利于较多的表面新鲜点发生接触，表面粗糙度大有利于复合的发生；或者采用化学或电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备异种合金层状复合材料的方法，其特征在于：将双层或多层金属材料平行叠放于组合等通道转角挤压模具内；然后，组装坯料在模具内进行复合和组织控制，采用挤压使金属材料通过模具通道，形成复合材料；复合温度为室温至１０００℃，坯料在模具内均温并保温０－１０ｈ，挤压速率范围为（１０↑［－５］－１００）／ｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜波，陈荣石，韩恩厚，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]