一种金属基复合材料的制备工艺.pdf

本发明为一种金属基复合材料的制备工艺。包括板材表面和增强材料的预处理、增强材料夹层的加入、冷轧、热处理等步骤，其中控制合适的夹层的厚度，冷轧时的进给速度和压下率等，以确保复合板材的硬度和强度，并保持其韧性。

1、  一种金属基复合材料的制备工艺，其特征在于具体步骤如下：
第一步：板材表面和增强材料预处理
利用砂轮和砂纸打磨掉板材表面的氧化层，对增强材料进行清洗和活化处理；
第二步：增强材料夹层的加入
将增强材料与易挥发的溶剂拌和，均匀涂覆在板材表面，夹层厚度在0.01～0.1mm之间；
第三步：冷轧
采取措施以确保按三明治结构放置的板材在轧制时不会发生现对移动，在板材轧制表面涂覆矿物油做为润滑剂，轧制进给速度控制在0.1～0.5m/min之间，一次扎制压下率为60～80％；
第四步：热处理
包括退火和时效处理，对于退火，温度范围为200～400℃，退火时间一般为1～3h；对于时效，温度范围为150～200℃，时效时间大于12～24h。

一种金属基复合材料的制备工艺
技术领域
本发明属于金属基复合材料加工领域，特别涉及一种金属基复合材料的制备工艺。
背景技术
传统的金属基复合材料的制备工艺有固态法、液态法以及其他方法，较多采用的是液态法。液态法是把增强材料混入铝合金熔体中，由于温度较高，增强材料会被氧化或烧蚀，同时会发生严重的界面反应，降低了复合材料的性能。固态法包括粉末冶金、热压、热等静压、热轧、热挤压、热拉和爆炸焊接技术等，整个过程处于较低温度，界面反应不严重，但复合材料的强度得不到保证，有时还要牺牲金属材料本身地韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在室温下制备出强度高、抗冲击韧性好的金属基复合材料生产工艺，以扩大金属基复合材料的应用范围及产品的附加值。
本发明的技术方案是：在某些金属塑性好、富有延展性，便于各种冷、热加工的基础上，采用较大的压下率，冷轧具有增强材料夹层的金属板，对复合后的板材进行热处理，改善材料韧性，形成一定结合强度的界面。具体步骤包括板材表面和增强材料预处理、加入增强材料夹层、冷轧、热处理等。
第一步：板材表面和增强材料预处理
利用砂轮和砂纸打磨掉板材表面的氧化层，对增强材料进行清洗和活化处理(如球磨等)；
第二步：增强材料夹层的加入
将增强材料与易挥发的溶剂(如乙醇、丙酮等)拌和，均匀涂覆在板材表面，夹层厚度在0.01～0.1mm之间；
第三步：冷轧
采取措施(如点焊)以确保按三明治结构放置的板材在轧制时不会发生现对移动，在板材轧制表面涂覆矿物油做为润滑剂，以减小金属的变形抗力和实现更大的压下。轧制进给速度控制在0.1～0.5m/min之间，一次扎制压下率为60～80％；
第四步：热处理
包括退火和时效处理，对于退火，温度范围为200～400℃，退火所选具体温度要根据压下率来确定，压下率愈大退火温度应愈低，退火时间一般为1～3h；对于时效，温度范围为150～200℃，时效时间大于12～24h。时效可以提高材料强度，激发增强材料在基体中的扩散，形成良好的界面结合。
本发明工艺可以适合于多种金属复合板材的制备，例如可以用于铝基复合板材、镁基复合板材等的制备。其对应的增强材料例如氧化铝、碳化硅等。
本发明的特点是采用冷轧和后续热处理相结合的技术来制备金属基复合材料。传统的热轧法主要用来将已复合好的颗粒、晶须、短纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材，或将由金属箔和连续纤维组成的预制片制成板材，每次轧制的变形量小，轧制道次多。本发明是对传统复合材料轧制技术的突破，其轧制过程不需要额外的加热装置；一次轧制的压下率大，减少了轧制道次，减少或避免了了在轧制过程中进行软化热处理；可以生产很薄、尺寸公差很严和长度很大的复合板。利用大压下率产生的机械力和变形热可使增强材料与金属板复合在一起，这种界面结合主要以机械结合为主，也兼有物理结合和化学结合，增强材料夹层的厚度是本工艺的关键之一。轧制速度和压下率与材料的变形抗力和塑性有关，对制品的表面质量、内部组织、最终性能和生产效率影响很大，通过适当调节轧制速度可以使金属板材发生动态再结晶，晶粒得到细化，提高复合材料的硬度和强度，因此轧制速度和压下率的合理选择也是本发明的关键。
冷轧后的板材已被加工硬化，热处理起到了软化的作用，冷轧时储存在铝板内和界面上应变能也得到释放，增强材料与铝板之间元素的扩散被激活或者发生适度的界面反应，形成以化学结合力为主的界面，提高了复合材料承受外加载荷的能力，同时保持一定的韧性。
具体实施方式
实施例1：纳米氧化铝颗粒增强铝基复合板材的制备。依照对材料性能的要求，选择了不同的工艺参数。L5-1铝板长1000mm，宽200mm，厚2mm；两层铝板间的氧化铝厚度为0.01mm，以乙醇为拌和剂均匀涂覆于预处理过的铝板表面，点焊后将铝板放置10min，使乙醇挥发；冷轧进给速度为0.4m/min，压下率为80％。退火温度为250℃，保温2h。制得的氧化铝颗粒增强铝基复合板材为塑性材料，组织成分均匀，热处理后氧元素在铝板一侧的分布明显增加，屈服强度σ_0.2为362Mpa，抗拉强度σ_b为430Mpa，室温延伸率δ为16％。
实施例2：纳米氧化铝颗粒增强镁基复合材料板的制备。依照对材料性能的要求选择工艺参数。AZ91镁板长500mm，宽200mm，厚2mm；镁板间氧化铝厚度为0.1mm；冷扎进给速度为0.2m/min，压下率为70％；在150℃时效10h。氧化铝粉与镁发生了轻微的界面反应，屈服强度σ_0.2达到340Mpa，抗拉强度σ_b为386Mpa，室温延伸率δ为6％。
实施例3：碳化硅颗粒增强镁基复合材料板的制备。依照对材料性能的要求选择工艺参数。AZ91镁板长500mm，宽200mm，厚2mm；将碳化硅与乙醇拌和后均匀涂覆与预处理过的镁板表面，厚度为0.1mm；冷扎进给速度为0.2m/min，压下率为60％；轧制后在200℃时效12h。碳化硅与镁基结合良好，经测试，复合材料的屈服强度σ_0.2达到335Mpa，抗拉强度σ_b为394Mpa，室温延伸率δ为7％。