一种高温结合强度的铝钢复合带材制备工艺与方法技术

本发明专利技术属于金属层状复合材料的塑性加工技术领域，涉及到一种高温结合强度的铝钢复合带材制备工艺与方法。其特点是：在开发一种新型铝合金带材的基础上，通过异温大压下复合轧制工艺，实现铝钢界面的极好结合，并且该层状复合材料在加热到６００℃保温数小时后其界面仍不会生成脆性金属间化合物，因而保持极高的结合强度，后续深加工成形性能极好。本项目的关键在于：通过在铝中添加一定量的合金元素，以阻止高温作用时钢铝界面上脆性金属间化合物的形成，同时控制复合轧制道次压下率达４０～６０％，钢带加热温度为３５０～４５０℃，轧制速度≤３０米／分。本发明专利技术与其它轧制复合工艺方法相比具有以下特点：可生产铝层最小厚度达５％铝钢复合带材，且各层厚度均匀。在加热到６００℃保温数小时后仍能保持极高的结合强度，因而其后续深加工成形性能极好。同时具有生产工艺简单、效率高、成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属层状复合材料的塑性加工
，涉及到一种高温结合 强度的'铝钢复合带材制备工艺与方法。
技术介绍
双金属复合材料是层压型复合材料的一种，它是将两种或两种以上的不同■ 物理、化学性能的金属利用各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材 料，得到的复合板所具有的综合性能是任--组元所无法具备的。随着科技进步， 如今它们不仅在应用范围上愈加广泛，而且在材料性能组合和优化利用方面也 突破了传统的认识。导电性、导热性、耐腐蚀性和力学性能的有效组合，既使 材料的综合性能得到提高，也为合理选材和降低成本提供了更好的条件。双金 属复合材料由于其特有的性能，越来越引起人们的重视，尤其是在航空、航天、 国防、交通、电子和通讯等领域得到了广泛的应用。总的来说，双金属复合材料具有如下性能(1) 降低材料的使用成本(2) 满足某些特殊的机械性能，物理性能等指标，如良好的导电、导热性能(3) 成型性能及外观质量的要求；(4) 可用作特殊功能材料，如热敏金属；(5) 解决了异种金属的焊接问题。金厲复合板的研究最早是由美函于1860年幵始的。经过100多年的发展， 金属复合板的生产技术得到不断提高，生产方法也B益增多。目前金属复合板的生产方法从总体上可分为三大类:固一固相复合法、液一固相复合法和液一液 相复合法。固一固相复合法包括爆炸复合法、挤压复合法、爆炸焊接—-热轧法、 轧制复合法、扩散复合法、扩散焊接法等:液一固相复合法包括复合浇铸法、反 向凝固法、喷镀复合法、纤焊法、铸轧法等;液一液相复合法目前仅有电磁连铸 生产复合板法。轧制复合法是借助大压下量轧制迭起来的两层或多层金属或合金，依靠原 子之间金属键的相互吸引力而使组元层结合起来的一种工艺。根据轧制复合时 加热与杏可分为热轧复合法和冷轧复合法。这种方法一般包括三个步骤:表面处 理、轧制复合和扩散退火。表面处理是将复合的金属表面脱脂除油后，用钢丝刷、布砂轮等清刷，其 冃的在于:清除组元表面的吸附物和氧化层并形成一定的表面粗糙度，引起表面 浅层的加工硬化，使表层在大压縮率的轧制压力作用卩，氧化层破碎，露出内 层新鲜金属。轧制复合是指在-定的压縮变形量下，粗糙的复合表面--方面相互嵌合， 另一方面氧化膜被充分碾碎，并弥散分布，露出的新鲜金属原子间形成原子键。 在这两种机制的共同作用下形成异种金属元素之间牢固的点结合。扩散退火即以轧制复合的大压縮变形所贮有的高内能为驱动力，在高温下 异种金属间通过充分的互扩散，由轧制复合后的点结合扩展为面结合。破碎的 氧化摸在表面张力的作用下收缩、球化，并向基体扩散、溶解，最终在结合面 两侧形成一定深度的互扩散层，从而大大提高异种金属间的结合强度。轧制复 合法可进行成巻连续生产，组元层合金之间厚度比均匀，产品尺寸精确，性能 稳定，生产效率高。然而，对于钢铝轧制复合板，扩散退火一方面要保证能消除大压量给钢产生的加工硬化，需要较高的退火温度(通常高于450'C):另一方面，在高温下 退火钢铝界面极容易生成脆性金属间化合物，从而大大降低复合层的结合强度。 特别地，对于需要经深加工和高温钎焊条件下使用的钢铝复合带材来说，如何 解决轧制钢铝复合带材结合界面，在扩散退火及随后的高温加热过程中容易生 成脆性金属间化合物，从而大大降低轧制结合强度这一科学问题是本专利技术的创 新思想。
技术实现思路
针对轧制钢铝复合带材结合界面在扩散退火及随后的高温加热过程中容易 生成脆性金厲间化合物，从而大大降低轧制结合强度这一科学问题，本专利技术在 开发一种新型铝合金带材的基础上，通过异温大压下复合轧制工艺，实现铝钢 界面的极好结合，并且该层状复合材料在加热到60(TC保温数小时后其界面仍不 会生成脆性金属间化合物，因而保持极高的结合强度，后续深加工成形性能极好。本项目的关键在于通过在铝屮添加一定量的合金元素，以阻止高温作用时钢铝界面上脆性金属间化合物的形成，同时控制复合轧制道次压下率达40 60°/。，钢带加热温度为350 45(TC，轧制速度《30米/分。与其它轧制复合工艺 方法相比具有以下特点可生产铝层最小厚度达5%铝钢复合带材，且各层厚度 均匀。在加热到600'C保温数小时后仍能保持高温结合强度，因而其后续深加工 成形性能极好。同时具有生产工艺简单、效率高、成本低等特点。具体实施方式1、实验室试验方案试验采用规格为1.5mmx50mmxI80mm的SS400钢板与0.5mmx50mmxl80mm的1050纯铝板和八1-0.875"1.66211-0.2801铝合金板。热轧复合前，钢 板表面釆用10n/。H2SO4溶液酸洗，铝板采用10。/。NaOH溶液碱洗，除去表面的氧 化层，然后用钢刷将试样的结合面打毛，用丙酮溶液浸泡以除去表面的油污等， 然后用无水乙醇擦洗表面。随后将铝和钢试样对合并固定后， 一同放入箱式电 阻炉内加热。轧制复合在(D360X600mm的二辊不可逆轧机匕进行，试样的预热 温度分别为300'C， 400。C， 450°C， 500°C;压下率20%, 30%， 35%， 40%， 50%轧后扩散退火制度选取为450。C/5h， 450°C/10h， 500。C/2h， 600°C/0.5h， 6O0*C/lh，空冷。钢/铝复合板的界面结合强度根据GB2073-93双金属弯曲性能 的测试标准进行弯曲试验，在MM-6金相显微镜和JSM-6700F扫描电子显微镜 对结合界面观察。将轧制温度为400'C、压下量为25。/。的钢铝复合板，分别在450'C,50(TC和 6001C下进行扩散退火处理，然后将退火后的试样进行弯曲试验得到退火制度与 结合强度的关系，在对不同退火温度和时间下热轧后钢铝复合板材进行弯曲实 验后，得到了不同退火温度和时间对结合强度的影响，如表l。表l不同退火制度下热轧钢铝复合板的弯曲次数<table>table see original document page 6</column></row><table>从表1可以看出，在退火温度为45(TC时复合板的结合强度随退火时间的延 长呈现先升后降的趋势，这主要是由于随着退火时间的增加，复合板结合界面 处的金属原子的扩散越严重，扩散层增厚，这有益于复合板结合强度的提高;但 退火时间过长，Kirkendall效应可能在结合面铝侧导致空洞形成，使复合板局部 丧失结合而造成结合强度下降，退火时间越长，形成的空洞越多，结合强度越 低，而且，退火时间越长金属结合界而间生成的金厲间化合物越多，严重降低 了复合板的结合强度。金相观察发现经过退火的钢/1050铝复合板界面出现了很多小块的化合物， 这就是扩散层，未经过退火的则没有。而钢/Al-Si-Zn-Cu铝合金复合板界面在 600'C保温lh后仍未出现金属间化合物层，因此扩散退火或高温下对材料的弯 曲性能的影响不显著。观察弯曲断裂的断口发现当预热温度在40(TC 500'C时(压下量为25%)， 轧制复合的样品结合情况优良，断裂基本上是在钢层发生。分层的发生率在试验 范围内仅为2.5%,这说明在此工艺条件下轧制复合，由于热轧后金属元素已发 生了扩散，所以热轧未经退火的复合板的结合强度就能本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过在铝中添加重量比为０．８－１．２％Ｓｉ、１．５－２．０％Ｚｎ和０．２５－０．５０％Ｃｕ阻碍高温作用下钢铝界面上脆性金属间化合物的形成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新远，张辉，王立新，
申请(专利权)人：长沙众兴铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]