一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材及其制備方法，復合棒材是在鎂合金基材中包覆有鋁合金芯材并通過復合擠壓工藝結合為一體，鎂合金基材為棒材。制備時，先在圓棒狀的鎂合金擠壓坯料上沿長度方向加工用于埋設鋁合金擠壓坯料的通孔或盲孔，將與通孔或盲孔內徑一致的鋁合金擠壓坯料楔入其內；然后固溶處理；最后在200℃-500℃的擠壓溫度下進行擠壓加工成需要直徑的棒材即可。本發明通過調控芯部鋁合金的比例來提高復合結構材料的強度，芯部設計更為復雜的復合結構棒材（多芯）增加了復合界面，具有更高的結合力，且不受初始擠壓坯料表面氧化的影響，提高了復合結構棒材的沖擊韌度，使復合結構棒材具有良好的沖擊性能。
【專利說明】一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及復合棒材的改進，具體涉及一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材及其制備方法，屬于鎂合金加工【技術領域】。
[0002]
【背景技術】
[0003]鎂合金是最輕的結構金屬材料，具有高比強度、高比剛度，減震性、電磁屏蔽和抗輻射能力強，易切削加工，易回收等一系列優點，使其在結構性與加工組件的應用與需求上大幅上漲。大多數3C (電腦、通訊與消費性電子產品)設備、汽車零組件、手工具、運輸工具等產業，都是鎂合金技術可發揮應用的市場。但鎂合金的強度、塑性總的來說均低于鋁合金。所以，提高鎂合金的室溫和高溫強度是鎂合金研究中要解決的首要問題。目前國內外在鎂合金的強化方面進行了大量的研究，并取得了積極的成果，已應用于鎂合金的強化處理方法主要有合金化強化、熱處理強化和晶粒細化。添加不同的合金元素，利用固溶強化、沉淀強化和彌散強化來提高鎂合金的室溫和高溫力學性能，但此類方法易受到冶金質量以及稀土元素高成本的限制，不適用于大規模批量生產。通過快速凝固、等通道角擠壓(ECAE)以及大比率擠壓(通常為100:1)可以顯著細化晶粒組織，但這些工藝對設備的要求很高，實現大規模生產有一定的困難。
[0004]鋁合金比重輕，具有高的比強度，塑性成形能力好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，在工業上廣泛應用。目前國內外在鎂鋁雙金屬復合方面進行了大量的研究，并取得了積極的成果，目前應用較為廣泛的主要有復合擠壓、真空擴散連接、混合鑄造以及累積疊軋等工藝方法。復合擠壓是一種新型的制備雙金屬復合型材的工藝方法，相比傳統的制備方法，此方法在制備復合型材中有低成本、工藝簡單以及實驗耗時短(約幾分鐘)等明顯的優勢而越來越受到關注。相比復合擠壓工藝方法，真空擴散連接也能在復合界面處產生明顯的擴散層，但此類方法易受到擴散層結合差以及實驗耗時長的限制。通過混合鑄造工藝也能獲得復合界面良好的結合，但跟復合擠壓工藝相比，此類方法易受到冶金質量以及加工成本昂貴的限制。通過多道次累積疊軋工藝也能在復合界面處獲得良好的擴散層，但跟復合擠壓工藝相比，此類方法有成本較高、工藝復雜、實驗耗時長以及僅限于制備復合板材等劣勢。
[0005]在復合擠壓的相關文獻中，有通過復合擠壓加工制備鋁合金包覆鎂合金棒材的報道，但這種加工工藝的目的是用于提高鎂合金的耐腐蝕性能。而如果要提高鎂合金的沖擊韌度和強度，上述產品和方法則無法達到。
[0006]
【發明內容】
[0007]針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種可以提高沖擊韌度和強度的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材。同時提供該復合棒材的制備方法。[0008]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，在鎂合金基材中包覆有鋁合金芯材并通過復合擠壓工藝結合為一體，鎂合金基材為棒材。
[0009]所述鋁合金芯材為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，在鎂合金基材上繞其圓心在同一圓周上均勻設置有與鋁合金芯棒數量及大小一一對應的孔，所有的鋁合金芯棒嵌于對應的孔中。
[0010]所述招合金芯材為招合金芯筒且為一根，招合金芯筒與鎂合金基材同心，在招合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
[0011]所述鋁合金芯材為鋁合金芯筒且為兩根或多根，所有鋁合金芯筒直徑不同且與鎂合金基材同心，相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒，最里層的鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
[0012]一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，按如下步驟進行:
1)在圓棒狀的鎂合金擠壓坯料上沿長度方向加工用于埋設鋁合金擠壓坯料的通孔或盲孔，將與通孔或盲孔內徑一致的鋁合金擠壓坯料楔入其內；然后在400°C -500°c下固溶處理；
2)最后在200°C_500°C的擠壓溫度下進行擠壓加工成需要直徑的棒材即可。
[0013]所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，所有的鋁合金擠壓坯料繞鎂合金擠壓坯料圓心在同一圓周上均勻分布。
[0014]所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯筒且為一根，鋁合金芯筒與鎂合金擠壓坯料同心，在鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
[0015]所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯筒且為兩根或多根，所有鋁合金芯筒直徑不同且與鎂合金擠壓坯料同心，相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒，最里層的鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
[0016]本發明通過調控芯部鋁合金的比例來提高復合結構材料的強度。與傳統的鎂鋁單芯復合結構棒材相比，芯部設計更為復雜的復合結構棒材(多芯)增加了復合界面，具有更高的結合力，且不受初始擠壓坯料表面氧化的影響，提高了復合結構棒材的沖擊韌度，使復合結構棒材具有良好的沖擊性能。
[0017]與其它加工方法相比，本發明具有結合力好，操作簡便等優點。
[0018]【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1-本發明復合棒材實施例1結構示意圖。
[0020]圖2-本發明復合棒材實施例2結構示意圖。
[0021]圖3-本發明復合棒材實施例3結構示意圖。
[0022]圖4-本發明復合棒材實施例4結構示意圖。
[0023]【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本發明進行詳細說明。[0025]本發明鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，是在鎂合金基材I中包覆鋁合金芯材2并通過復合擠壓工藝使兩者結合為一體，鎂合金基材I為棒材。
[0026]所述鋁合金芯材2有鋁合金芯棒和鋁合金芯筒兩種結構，而鋁合金芯棒和芯筒又有不同的包覆方式，具體如下:
一、鋁合金芯材2為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，在鎂合金基材I上繞其圓心在同一圓周上均勻設置有與鋁合金芯棒數量及大小一一對應的孔，所有的鋁合金芯棒嵌于對應的孔中，見圖1，圖1中鋁合金芯棒數量為六根。
[0027]二、招合金芯材2為招合金芯棒且數量為一根,招合金芯材2位于鎂合金基材I中心，見圖2。
[0028]三、招合金芯材2為招合金芯筒，招合金芯筒為一根且與鎂合金基材同心，在招合金芯筒中填充有鎂合金芯棒3。見圖3。
[0029]四、鋁合金芯材2為鋁合金芯筒且為兩根或多根，所有鋁合金芯筒直徑不同且與鎂合金基材I同心，相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒4，最里層的鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒3，見圖4，圖4中鋁合金芯筒為兩根。
[0030]本發明鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，按如下步驟進行:
I)在圓棒狀的鎂合金擠壓坯料上沿長度方向加工用于埋設鋁合金擠壓坯料的通孔或盲孔，將與通孔或盲孔內徑一致的鋁合金擠壓坯料楔入通孔或盲孔內；然后在4000C -500°C下固溶處理；該通孔或盲孔可以直接通過鑄造獲得，或在鑄態鎂合金擠壓坯料上鉆孔獲得。
[0031]2)然后再在不同的溫度條件下擠壓加工成需要直徑的棒材即可，其擠壓溫度為200。。至 500。。。
[0032]基于上述不同的鋁合金芯棒和芯筒結構，鋁合金擠壓坯料有如下對應的結構。
[0033]所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，所有的鋁合金擠壓坯料繞鎂合金擠壓坯料圓心在同一圓周上均勻分布。
[0034]所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯筒，所述鋁合金芯筒為一根或多根不同直徑的套筒并與鎂合金擠壓坯料同心。相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒坯料，最里層的鋁合金芯筒坯料中填充有鎂合金芯棒坯料。
[0035]本發明中鋁合金芯棒或芯筒既可以均勻分布，也可以隨機分布。
[0036]下面通過具體實施例對本發明做進一步的詳細描述。
[0037]實施例一:
鎂錠的初始尺寸為Φ 81 X 120mm，在靠近心部處掏出3個Φ 16X 115mm的深孔，再將三個Φ16Χ115πιπι的6082鋁合金棒材放入孔中，再在450°C固溶。固溶1.5h后，取出試樣，在450°C進行擠壓，最終擠壓棒直徑為9mm。此類三芯結構設計的鋁合金在所制備的擠壓棒材的心部，鎂合金與鋁合金的比例與初始坯料中鎂合金與鋁合金比例基本一致。
[0038]實施例二:
鎂錠的初始尺寸為Φ 78X 118mm，在靠近心部處掏出3個Φ 9X IlOmm的深孔，再將三個Φ 9 X IIOmm的7050鋁合金棒材放入孔中，再在400°C固溶。固溶2h后，取出試樣，在350°C進行擠壓，最終擠壓棒直徑為16_。此類三芯結構設計的鋁合金在所制備的擠壓棒材的心部，鎂合金與鋁合金的比例與初始坯料中鎂合金與鋁合金比例基本一致。[0039]實施例三:
鎂錠的初始尺寸為Φ80X 120mm，在靠近心部處掏出6個Φ 12X 115mm的深孔，再將6個Φ 12 X 115mm的7050鋁合金棒材放入孔中，再在450°C固溶。固溶1.5h后，取出試樣，在500°C進行擠壓，最終擠壓棒直徑為12_。此類六芯結構設計的鋁合金在所制備的擠壓棒材的靠近心部處，鎂合金與鋁合金的比例與初始坯料中鎂合金與鋁合金比例基本一致。
[0040]實施例四:
鎂錠的初始尺寸為Φ81Χ120πιπι，在其心部掏出Φ20Χ115πιπι的深孔，放入一個Φ 20 X 115mm的6082鋁合金棒材，另在鋁合金棒材中心處掏出一個Φ IOX 115mm的深孔，再將一個Φ IOX 115mm的鎂合金棒材放入孔中，再在460°C固溶。固溶3h后，取出試樣，在350°C進行擠壓，最終擠壓棒直徑為16mm。此類環形結構設計的鋁合金在所制備的擠壓棒材的靠近心部處，鎂合金與鋁合金的比例與初始坯料中鎂合金與鋁合金比例基本一致。
[0041]本發明通過采用擠壓加工方法制備鎂合金包覆鋁合金棒材，棒材表面為鎂合金，芯部可設計為不同結構的鋁合金(如三芯、六芯、環形等)，擠壓制備的棒材具有結合力高，且不受初始擠壓坯料表面氧化的影響，表面鎂合金外套可通過控制初始擠壓坯料中鎂合金的坯料的體積分數來控制。擠壓棒材芯部可設計為不同結構的鋁合金(如三芯、六芯、環形等)，其尺寸大小可通過控制初始擠壓坯料中鎂合金和鋁合金的比例進行調控。與單純的鎂合金棒材相比，此種復合擠壓結構可通過調控芯部鋁合金的比例來提高復合結構材料的強度。與傳統的鎂鋁單芯復合結構棒材相比，芯部設計更為復雜的復合結構棒材增加了復合界面，提高了復合結構棒材的沖擊韌度，使復合結構棒材具有良好的沖擊性能。
[0042]本發明的上述實施例僅僅是為說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，其特征在于:在鎂合金基材中包覆有鋁合金芯材并通過復合擠壓工藝結合為一體，鎂合金基材為棒材。
2.根據權利要求1所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，其特征在于:所述鋁合金芯材為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，在鎂合金基材上繞其圓心在同一圓周上均勻設置有與鋁合金芯棒數量及大小一一對應的孔，所有的鋁合金芯棒嵌于對應的孔中。
3.根據權利要求1所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，其特征在于:所述鋁合金芯材為鋁合金芯筒且為一根，鋁合金芯筒與鎂合金基材同心，在鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
4.根據權利要求1所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材，其特征在于:所述鋁合金芯材為鋁合金芯筒且為兩根或多根，所有鋁合金芯筒直徑不同且與鎂合金基材同心，相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒，最里層的鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
5.一種鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，其特征在于:按如下步驟進行: 1)在圓棒狀的鎂合金擠壓坯料上沿長度方向加工用于埋設鋁合金擠壓坯料的通孔或盲孔，將與通孔或盲孔內徑一致的鋁合金擠壓坯料楔入其內；然后在400°C -500°C下固溶處理； 2)最后在200°C_500°C的擠壓溫度下進行擠壓加工成需要直徑的棒材即可。
6.根據權利要求5所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，其特征在于:所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯棒且數量為兩根及以上，所有的鋁合金芯棒繞鎂合金擠壓坯料圓心在同一圓周上均勻分布。
7.根據權利要求5所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，其特征在于:所述招合金擠壓還料為招合金芯筒且為一根，招合金芯筒與鎂合金擠壓還料同心，在招合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
8.根據權利要求5所述的鎂合金包覆鋁合金的復合棒材制備方法，其特征在于:所述鋁合金擠壓坯料為鋁合金芯筒且為兩根或多根，所有鋁合金芯筒直徑不同且與鎂合金擠壓坯料同心，相鄰鋁合金芯筒之間的環帶狀區域填充有鎂合金芯筒，最里層的鋁合金芯筒中填充有鎂合金芯棒。
【文檔編號】B21C23/24GK103878198SQ201410152397
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】信運昌, 聶建峰, 劉慶, 馮波, 洪睿, 吳洋 申請人:重慶大學