專利名稱：鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金與鎂合金板材復合方法，屬于金屬復合材料技術領域。
背景技術：
鎂合金具有密度低，比強度、比剛度高，電磁屏蔽和阻尼特性優越，鑄造和切削加 工性能好等特點，是極具發展潛力的結構材料。但由于鎂的標準電極電位低，耐腐蝕性能 差，極大地限制了鎂合金在工程領域的應用。鋁合金在自然狀態下具有較強的耐腐蝕性能， 如果將鎂合金板包覆于鋁合金板之間，避免鎂合金與環境的直接接觸，可以有效地解決鎂 合金腐蝕防護性能差的問題；同時由于金屬鎂為密排六方結構，塑性變形能力差。鎂合金表 面復合變形性能較好的鋁合金板材可以提高鎂合金的變形能力，大幅提高鎂合金板材的形 變加工性能，抑制鎂合金板材在變形中的表面開裂，使鎂合金材料在交通運輸車輛、電器通 訊設備、電子產品等民用產品和航空航天、武器裝備等軍用領域得到廣泛的應用。現有技術中也公開了鎂鋁合金的復合方法，見申請號為200610012409.0的中國 發明專利申請公開《一種鎂鋁復合材料及其制備方法》(公開號CN1821435A)；又可參考專 利號為ZL200510012634. X的中國發明專利《耐腐蝕鎂鋁復合材料及其制備方法》(授權公 告號CN100415504C)。目前，爆炸復合技術是越來越多地被應用與制備疊層材料。該技術是以炸藥為 能源，在炸藥爆炸載荷作用下復板金屬高速斜碰撞基板金屬，使復板金屬和基板金屬牢固 地連接在一起。目前采用爆炸復合工藝已制備了多種金屬材料疊層板，如鋁-鋼、鋁-鈦、 鋁-銅等，但尚未有鎂合金與鋁合金爆炸復合材料的相關報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種鋁合金與鎂合金 疊層板爆炸復合制備方法。本發明所要解決的技術問題是提供一種復板與基板連接牢固的鋁合金與鎂合金 疊層板復合制備方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為鋁合金與鎂合金疊層板復合制備 方法，其特征在于包括如下步驟①基板、復板準備復板尺寸要大于基板，根據復板的整體尺寸，在復板周邊留出 20mm IOOmm的間距，在復板上位于基板邊緣對應部位，根據復板厚度加工Imm 5mm的溝 槽，并對基板、復板進行校平處理和表面打磨清理；前述的基板和復板分別為鋁合金和鎂合 金，或鎂合金和鋁合金；②基板、復板預熱處理在爆炸復合前將基板和復板加熱到120°C 200°C，進行 保溫處理，保溫時間為0. 5h 2h ；保溫時間可根據板材的厚度設定，厚度小保溫時間短，厚 度大保溫時間長。③爆炸復合基礎采用粘土或細砂壓實，表面鋪設3mm 8mm纖維合成板做為爆炸復合基座；④炸藥準備采用為硝銨炸藥，單位面積的裝藥量可由下式確定C = k· (S1 · P1)"2式中C為裝藥量，單位為g，δ工為復板厚度，單位cm ； P工為復板密度，單位g/ cm3 ；k為系數，k值取0. 95 1. 05，最佳為1. 0 ；其中，基板、復板之間的間距s，s = 0. 2( δ 1+Η)；其中δ工為復板厚度，單位cm ；H為炸藥裝藥厚度，單位cm ；爆炸時，基板和復板平行放置。步驟①中，復板在起爆端20mm IOOmm不開槽。可以減少爆炸復合的邊界效應影 響區，防止復合板周邊爆炸撕裂。作為優選，步驟①中的溝槽截面為半圓形。作為優選，步驟①中所述的鎂合金為鎂鋁系變形鎂合金、鎂鋯系變形鎂合金、鎂錳 系變形鎂合金及鎂稀土系變形鎂合金中的至少一種。作為優選，步驟①中所述的鋁合金為1000系變形鋁合金、2000系變形鋁合金、 3000系變形鋁合金、4000系變形鋁合金、5000系變形鋁合金、6000系變形鋁合金及7000系 變形鋁合金中的至少一種。步驟①中所述的復板為硬鋁鋁合金或超硬鋁鋁合金，預熱處理前進行固溶處理， 爆炸后緊系時效強化處理。固溶處理目的是為了降低板材的強度和硬度，提高板材塑性，時 效強化處理可以確保復合板中鋁合金的強韌性。固溶處理可根據鋁合金材料本身的固溶處理工藝調整，具體處理工藝可按照相關 的熱處理手冊實施。備注本權利要求的特征主要在于復合前采用固溶處理復合后時效處 理，既實現了高強韌鋁合金的良好復合，又保證了鋁合金復合的強韌性能。復合板時效處理工藝可根據鋁合金材料本身的時效處理工藝調整，具體處理工藝 可按照復合板中鋁合金的時效處理工藝設定，處理工藝按照鋁合金熱處理手冊實施。步驟④中的硝銨炸藥添加有緩沖劑，緩沖劑添加量可根據炸藥和板厚調整，緩沖 劑為烘干的NaCl細粉，填加緩沖劑的目的是降低炸藥的起爆速度，提高復合質量，具體添 加量為總重量的10% 40%。與現有技術相比，本發明的優點在于實現了鎂合金板和鋁合金板的優勢互補； 利用鋁合金板將鎂合金與環境隔離，有效解決了鎂合金腐蝕防護性能差的問題，極大地拓 寬鎂合金的應用范圍；通過在鎂合金板兩側復合鋁合金板，大幅提高了鎂合金板材的變形 加工性能，抑制鎂合金板材在變形過程中的表面開裂現象，為鎂合金軋制變形加工板材推 廣應用提供了技術保障；疊層材料的界面效應增強了鎂合金材料固有的阻尼減振效果；疊 層材料的力學性能高于基板和復板材料簡單疊加的力學性能；同時整體爆炸復合過程簡單 易操作，炸藥爆炸載荷作用下復板金屬高速斜碰撞基板金屬，使復板金屬和基板金屬牢固 地連接在一起。
圖1為鋁合金_鎂合金疊層材料爆炸復合原理圖。圖2為實施例1的1A50鋁合金-ZK60鎂合金-1A50鋁合金爆炸復合示意圖。
圖3為實施例2的7A52鋁合金-AZ31B鎂合金-7A52鋁合金爆炸復合示意圖。圖4為實施例3的7A52鋁合金-7A52鋁合金-AZ31B鎂合金疊層板爆炸復合示意 圖。圖5為實施例4的7A52鋁合金-AZ31B鎂合金-7A52鋁合金爆炸復合板照片圖。圖6為實施例5的7A52鋁合金-7A52鋁合金-AZ31B鎂合金爆炸復合板照片圖。圖7為實施例6的7A52鋁合金-紫銅-AZ31B鎂合金爆炸復合板照片圖。圖8為基板的平面視圖。圖9為復板的平面視圖。圖10為圖9中沿A-A方向的剖視圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1所示，鋁合金_鎂合金疊層材料爆炸復合原理圖，其中，1為炸藥；2為緩沖 保護層；3為復板；4為支撐體；5為基板；6為基礎；7為過渡層。鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，包括如下步驟①基板、復板準備復板尺寸要大于基板，根據復板的整體尺寸，在復板周邊留出 20mm IOOmm的間距，在復板上位于基板邊緣對應部位，根據復板厚度加工Imm 5mm的溝 槽，并對基板、復板進行校平處理和表面打磨清理；前述的基板和復板分別為鋁合金和鎂合 金，或鎂合金和鋁合金；②基板、復板預熱處理在爆炸復合前將基板和復板加熱到120°C 200°C，進行 保溫處理；③爆炸復合基礎采用粘土或細砂壓實，表面鋪設3mm 8mm纖維合成板做為爆炸
復合基座；④炸藥準備采用為硝銨炸藥，單位面積的裝藥量可由下式確定C = k · (S1 · P1)"2式中C為裝藥量，單位為g，δ工為復板厚度，單位cm ； P工為復板密度，單位g/ cm3 ；k為系數，k值取0. 95 1. 05，最佳為1. 0 ；其中，基板、復板之間的間距s，s = 0. 2( δ 1+Η)；其中δ i為復板厚度，單位cm ；H為炸藥裝藥厚度，單位cm ；爆炸時，基板和復板平行放置。進一步，步驟①中，復板在起爆端20mm IOOmm不開槽。步驟①中的溝槽截面為 半圓形。步驟①中所述的鎂合金為鎂鋁系變形鎂合金、鎂鋯系變形鎂合金、鎂錳系變形鎂 合金及鎂稀土系變形鎂合金中的至少一種。步驟①中所述的鋁合金為1000系變形鋁合金、 2000系變形鋁合金、3000系變形鋁合金、4000系變形鋁合金、5000系變形鋁合金、6000系變 形鋁合金及7000系變形鋁合金中的至少一種。步驟①中所述的復板為硬鋁鋁合金或超硬鋁鋁合金，預熱處理前進行固溶處理， 爆炸后緊系時效強化處理。步驟④中的硝銨炸藥添加有緩沖劑。緩沖劑為烘干的NaCl細粉，添加量為總重量的 10% 40%。如圖8、圖9和圖10所示，基板的長為a，寬為b，復板的長為a+2L，寬為b+2H，復板 表面加工半徑為r的半圓形槽。L為長度方向復板大于基板的邊緣寬度。H為寬度方向復 板大于基板的邊緣寬度。d作為爆炸復合的起爆端，不加工半圓形槽。實施例1 1A50鋁合金板、ZK60鎂合金、1A50鋁合金板三層爆炸復合材料。基板為ZK60鎂合金，尺寸為20mmX 500mmX 1000mm,復板為1A50鋁合金板，尺寸 為5mmX550mmX 1050mm。使用砂輪將基板和復板打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，復板 對應基板邊緣開R2的半圓槽。復板與基板之間的支撐間距為3mm，安裝角為0°，炸藥采用 添加緩沖劑的硝銨炸藥，裝藥量為5. 5Kg ；第一次爆炸復合后，對1A50鋁合金-ZK60鎂合金 復合板進行校平處理，以1A50鋁合金-ZK60鎂合金復合板為基板，ZK60鎂合金一側為爆炸 復合面，復板為1A50鋁合金板，尺寸為8mmX580mmX 1100mm，將基板(ZK60鎂合金側)和復 板打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，復板對應基板邊緣開R3的半圓槽。復板與基板之間 的支撐間距為5mm，安裝角為0°，使用添加緩沖劑的硝銨炸藥，裝藥量為7. 5Kg。1A50鋁合 金-ZK60鎂合金-1A50鋁合金三層疊層板復合示意圖如圖2，其中Ia為1A50鋁合金板，2a 為ZK60鎂合金板，3a為1A50鋁合金板。實施例2 :7A52鋁合金、AZ31B鎂合金、7A52鋁合金三層爆炸復合板。基板為AZ31B鎂合金，尺寸為20_X 500_X 1000mm,復板為7A52鋁合金，尺寸為 3_X550_X1050mm。7A52鋁合金復合前進行固溶處理，工藝為465°C X30min，常溫水淬 轉移時間約為5s，處理后對7A52鋁合金板進行校平處理，將基板和復板打磨干凈，除去金 屬表面的氧化物，復板對應基板邊緣加工R2的半圓槽，復板與基板之間的支撐間距為3mm， 使用添加緩沖劑的硝銨炸藥，裝藥量為5Kg ；第一次爆炸復合后對7A52鋁合金-AZ31B鎂合 金復合板進行校平處理，以7A52鋁合金-AZ31B鎂合金復合板為基板，AZ31B鎂合金一側為 爆炸復合面，復板為7A52鋁合金，尺寸為5mmX 550mmX 1050mm。7A52鋁合金復合前進行 固溶處理，工藝為465°C X45min，常溫水淬轉移時間約為8s，處理后的7A52鋁合金板要進 行校平處理，對基板(鎂合金一側)和復板進行表面清理，除去金屬表面的氧化物，復板對 應基板邊緣開R3的半圓槽。復板與基板之間的支撐間距為5mm，使用添加緩沖劑的硝銨炸 藥，裝藥量為8Kg。7A52鋁合金-AZ31B鎂合金-7A52鋁合金三層疊層板如圖3，其中Ib為 7A52鋁合金板，2b為AZ31B鎂合金板，3b為7A52鋁合金板。實施例3 :7A52鋁合金、7A52鋁合金、AZ31B鎂合金三層爆炸復合材料基板為AZ31鎂合金，尺寸為IOmmX 600mmX 1200mm，復板為7A52鋁合金，尺寸為 5mmX660mmX 1250mm。對復板鋁合金板進行465°C X25min固溶處理，常溫水淬。對熱處 理后的鋁合金板校平、打磨和開槽處理。復板與基板之間的支撐間距為5mm，使用添加緩沖 劑的硝銨炸藥，裝藥量為8. 5Kg。對爆炸復合后的鋁合金_鋁合金疊層板進行校平、表面打 磨，將鋁鎂復合板作為基板，鋁合金面作為爆炸復合面，復板為7A52鋁合金板，復板與基板 之間的支撐間距為6mm，使用添加緩沖劑的硝銨炸藥，裝藥量為9. 5Kg。圖4為7A52鋁合 金-7A52鋁合金-AZ31B鎂合金三層復合板，其中，Ic為7A52鋁合金板，2c為7A52鋁合金 板，3c為AZ3IB鎂合金板。實施例4，提供7A52鋁合金-AZ31B鎂合金-7A52鋁合金爆炸復合板的具體描述。如圖5所示，這是7A52鋁合金-AZ31B鎂合金-7A52鋁合金爆炸復合板的實物照片，該板材是以AZ31B鎂合金為基板，7A52鋁合金為復板，7A52鋁合金板固溶處理后，先進 行第一次爆炸復合后，復合后，以復合板AZ31B鎂合金面為基板復合面，7A52鋁合金為復 板，再按照同樣處理工藝進行第二次爆炸復合，復合板進行了 120°C X24h時效處理。實施例5，提供7A52鋁合金-7A52鋁合金-AZ31B鎂合金爆炸復合板的具體描述。如圖6所示，這是7A52鋁合金-7A52鋁合金-AZ31B鎂合金爆炸復合板的實物照 片，該板材是以AZ31B鎂合金為基板，7A52鋁合金為復板，7A52鋁合金板固溶處理后，先進 行第一次爆炸復合后，復合后，以復合板7A52鋁合金面為基板復合面，7A52鋁合金為復板， 再按照同樣處理工藝進行第二次爆炸復合，復合板進行了 120°C X24h時效處理。實施例6，提供7A52鋁合金-紫銅-AZ31B鎂合金爆炸復合板的具體描述。如圖7所示，這是7A52鋁合金-紫銅-AZ31B鎂合金爆炸復合板的實物照片，該板 材是以AZ31B鎂合金為基板，紫銅為復板，先進行第一次爆炸復合后，復合后，以復合板紫 銅面為基板復合面，7A52鋁合金為復板，7A52鋁合金板固溶處理后，進行第二次爆炸復合， 復合后，對復合板進行了 120°C X24h時效處理。
權利要求
一種鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于包括如下步驟①基板、復板準備復板尺寸要大于基板，根據復板的整體尺寸，在復板周邊留出20mm～100mm的間距，在復板上位于基板邊緣對應部位，根據復板厚度加工1mm～5mm的溝槽，并對基板、復板進行校平處理和表面打磨清理；前述的基板和復板分別為鋁合金和鎂合金，或鎂合金和鋁合金；②基板、復板預熱處理在爆炸復合前將基板和復板加熱到120℃～200℃，進行保溫處理；③爆炸復合基礎采用粘土或細砂壓實，表面鋪設3mm～8mm纖維合成板做為爆炸復合基座；④炸藥準備采用為硝銨炸藥，單位面積的裝藥量可由下式確定C＝k·(δ1·ρ1)1/2式中C為裝藥量，單位為g，δ1為復板厚度，單位cm；ρ1為復板密度，單位g/cm3；k為系數，k值取0.95～1.05；其中，基板、復板之間的間距s，s＝0.2(δ1+H)；其中δ1為復板厚度，單位cm；H為炸藥裝藥厚度，單位cm；爆炸時，基板和復板平行放置。
2.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟① 中，復板在起爆端20mm IOOmm不開槽。
3.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟①中 的溝槽截面為半圓形。
4.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟①中 所述的鎂合金為鎂鋁系變形鎂合金、鎂鋯系變形鎂合金、鎂錳系變形鎂合金及鎂稀土系變 形鎂合金中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟①中 所述的鋁合金為1000系變形鋁合金、2000系變形鋁合金、3000系變形鋁合金、4000系變形 鋁合金、5000系變形鋁合金、6000系變形鋁合金及7000系變形鋁合金中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟①中 所述的復板為硬鋁鋁合金或超硬鋁鋁合金，預熱處理前進行固溶處理，爆炸后緊系時效強 化處理。
7.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟④中 的硝銨炸藥添加有緩沖劑。
8.根據權利要求7所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于所述的緩 沖劑為烘干的NaCl細粉，添加量為總重量的10% 40%。
9.根據權利要求1所述的鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于步驟④所 提到的公式中的系數k為1.0。
全文摘要
一種鋁合金與鎂合金疊層板復合制備方法，其特征在于包括如下步驟①基板、復板準備復板尺寸要大于基板，根據復板的整體尺寸，在復板周邊留出20mm～100mm的間距，在復板上位于基板邊緣對應部位，根據復板厚度加工1mm～5mm的溝槽，并對基板、復板進行校平處理和表面打磨清理；前述的基板和復板分別為鋁合金和鎂合金，或鎂合金和鋁合金；②基板、復板預熱處理在爆炸復合前將基板和復板加熱到120℃～200℃，進行保溫處理；③爆炸復合基礎采用粘土或細砂壓實，表面鋪設3mm～8mm纖維合成板做為爆炸復合基座；④炸藥準備。使整體爆炸復合過程簡單易操作，炸藥爆炸載荷作用下復板金屬高速斜碰撞基板金屬，使復板金屬和基板金屬牢固地連接在一起。
文檔編號B23K20/08GK101992345SQ20101027037
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者侯立群, 朱秀榮, 李卿, 楊波, 梁民憲, 王有祁, 王進華, 許杰, 連付奎, 邢志媛, 齊偉光 申請人:中國兵器工業第五二研究所