鎂鋁復合板材及其制造方法

專利名稱：鎂鋁復合板材及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種復合板材及其制造方法，尤其是一種由鎂或鎂合金板和鋁或鋁合金 板復合的板材及其制造方法。
背景技術：
鎂是最輕的金屬結構材料，資源豐富，制取方便，電磁屏蔽性能優異，易于回收。 諸多的優異性能使鎂在很多領域有廣泛的應用價值，如汽車、航空航天、IT行業等，并 且由于其良好的生物相容性，有可以做生物材料的可能性。隨著鎂及鎂合金在汽車零部 件、電子產品及航空航天領域中的應用逐漸擴大，有望逐漸取代鋁及鋁合金零部件。在 某些特殊場合下，還要求將鎂與鋁焊接成復合構件，以充分發揮鎂與鋁各自的性能優勢， 大大提高工業裝備對輕質結構件的性能要求。但由于鎂和鋁表面極易形成氧化膜、二者 的物理化學性能差異較大，所以焊接時接頭處產生的熱應力易導致焊接裂紋，焊接性差。 此外，鎂和鋁焊接時，接頭區還容易形成脆性的鎂鋁化合物，降低接頭的強韌性，影響 悍件的使用性能。
國內外有關鎂與鋁異種活性金屬的焊接主要采用鎢極氬弧焊、電子束焊和攪拌摩擦 焊。例如，采用攪拌摩擦焊技術對鎂與6061鋁合金進行連接，由于攪拌摩擦焊是依靠攪 拌頭摩擦產生熱量，使元素擴散和晶粒重新組合實現鎂與6061鋁合金之間的結合，因此 對工件定位要求非常嚴格，只適合于平直接頭，難以實現復雜接頭的連接。還有采用不 同的焊絲作為填充金屬，用鎢極氬弧焊和電子束焊技術對純鋁與鑄造鎂合金進行焊接， 發現在接頭熔合區附近出現鎂與鋁的共晶組織，并且在鎂合金一側的熔合區附近容易形 成連續脆性相，降低接頭的強韌性。因此，解決鎂與鋁的焊接難題，實現鎂與鋁異種活 性金屬的可靠連接，制備出鎂與鋁的復合結構件，會大大推動鎂及其合金在航空航天、 電子及汽車領域的廣泛應用。
申請號為200610068958. X的中國專利公開了一種鎂與鋁異種金屬間的快速擴散焊 連接方法，屬于有色金屬的焊接技術領域。步驟如下連接前清理鎂與鋁的待焊工件表
4面，將鎂與鋁待焊工件置于真空室中，用上、下壓頭壓緊，在高真空下實現鎂與鋁的快 速擴散連接。快速加熱和保溫完成后，通過氣動閥門控制和水循環快速冷卻至IO(TC以
下，然后關閉氮氣和取出焊件，獲得界面結合良好的鎂-鋁擴散焊接頭。采用上述方法可
獲得不出現Mg-Al脆性化合物的焊接接頭，接頭界面區域無裂紋產生，但是該方法成本 高、不適合大規模投入使用，也不適合在板材間加工使用，抗震性不強。
目前提高鎂及鎂合金表面的耐腐蝕性能的表面防護技術還有化學轉化膜、微弧陽極 氧化處理、有機涂層和鍍層等。化學轉化膜方法處理劑大都含有鉻或重有色金屬元素， 從而有對環境和人體造成不同程度危害的局限性；而微弧陽極氧化處理方法的工藝比較 落后，其電能消耗高，且由于它使用高電壓、大電流密度，這使得單個工件的加工面積 受到限制；有機涂層和鍍層使用氟化物為活化劑，經過化學鍍鎳、鈍化及熱處理，鍍層 具有良好的力學性能、耐蝕性、可焊性及對環境的穩定性，但是這種方法的處理過程價 格昂貴，而且處理劑中大多有毒。由于鋁自身在氧化環境下可以生成致密的三氧化二鋁 膜，將基體與環境隔離開來，使基體不再受到腐蝕，提高了自身的耐腐蝕性能。目前已 經有人成功地用熱噴涂法、磁控濺射法在鎂或鎂合金表面得到了鋁層，腐蝕實驗顯示基 體的耐腐蝕性能得到很大提高。但是這些方法的過程復雜，處理過程價格昂貴，并不適 合工業化應用。
申請號為200610012409. 0的中國專利公開了一種鎂鋁復合材料及其制備方法，屬于 材料加工工程領域。具體來講是通過將鎂或鎂合金包埋于純鋁粉、鋁合金粉或按照一定 比例混合的鋁粉或鋁合金粉、三氧化二鋁與氟化鈉的均勻混合物中，在真空或有還原性 氣體保護的條件下，在350 50(TC保溫30 120niin，在鎂或鎂合金表面獲得均勻致密的 滲鋁層的工藝方法。上述方法所制備的以鎂或鎂合金為基體以滲鋁層為表層的鎂鋁復合 材料，雖然克服了鎂及鎂合金自身耐腐蝕性能差的缺點，并且保持了鎂及鎂合金具有的 良好的消震性、電磁屏蔽性等性能，同時也獲得了鋁的表面可修飾性能好的優點，但是 生產方法復雜，生產成本高，不適用于工業化批量生產，若用于生產板材，則鋁表層強 度較低，容易破壞表層結構從而腐蝕下補的鎂層。
另外，現有的多層復合板材也有使用粘合的方式制造，通常需用粘合劑經冷壓定型 后再經熱壓處理后才能完成，由于熱壓需要設備及熱能，會造成生產成本上升及增加環 境污染。申請號為01238747. 9的中國專利公開了一種鋁鎂復合板，鋁鎂復合板，包括上下兩 層鋁板、中間鎂板層，其特征在于鎂板的上下各有一層無紡布，鋁板由粘合劑粘接鎂 板外的無紡布。該結構制造的復合板剝離強度較低，抗震性較差，容易散板。
有鑒于此特提供本發明。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種由鎂板和鋁板，或鎂 合金板和鋁板，或鎂板和鋁合金板，或鎂合金板和鋁合金板真空壓鑄在一起構成的復合 板材，該結構結合面采用鋸齒結構增強復合強度。
本發明的另一目的在于提供鎂鋁復合板材的制造方法。
為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是 一種鎂鋁復合板材，其 特征在于所述的鎂鋁復合板材由至少一層鎂或鎂合金板和至少一層鋁或鋁合金板真空 壓鑄在一起構成，至少有一個兩層結合面具有相互咬合的鋸齒結構。
所述的鎂鋁復合板材包括一層鎂或鎂合金板和一層鋁或鋁合金板，上表層為鋁或鋁
合金板，厚度為2 10mm，下層為鎂或鎂合金板。
所述的鋁或鋁合金板為n結構，將下層的鎂或鎂合金板四周包住，或將下層的鎂或 鎂合金板四周和下表面邊沿一起包住。
所述的鋸齒結構為設于結合面的凹凸結構，凹凸結合之間設有增大結合強度的凸塊， 或者，所述的鋸齒結構為螺紋柱或螺紋孔結構。
一種如上述權利要求所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于將制作好的鋁
或鋁合金板成品作為模具的鑲嵌件預熱一定溫度后放進鎂或鎂合金的抽真空模具內，在 真空壓鑄造機內進行合模，澆注鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復 合板材。
所述的鎂鋁復合板材也能夠先制造出鎂或鎂合金板成品，然后將其作為模具的鑲嵌 件預熱后放進鋁或鋁合金的抽真空模具內，在真空壓鑄造機內進行合模，澆注鋁或鋁合 金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復合板材。
所述作為模具鑲嵌件的鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品均為通過真空壓鑄機
制造，首先將鋸齒結構凸臺做為板材模具一個面的鑲嵌件，預熱到15(TC以上后，放進
抽真空模具內，進行合模，澆注鋁或鋁合金熔水或鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為一面為鋸齒結構另一面為平面結構的鋁或鋁合金板或鎂或鎂合金板。作為模 具鑲嵌件的鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品制造后，可以先進行防腐、軋花、涂 裝、印刷等二次加工，然后再與另外的材料真空壓鑄。
所述的鋸齒結構也能為二次加工工藝成型，先制造出鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合 金板成品后，通過沖壓或腐蝕或切割工藝加工形成板面的鋸齒結構。
所述的抽真空壓射采取三級過程
第一級為慢壓射，壓射沖頭以較慢速度0. 2m/s 0. 3m/s推進，沖頭慢壓射總行程為 270mm 290mm，到位后瞬間轉為快壓射；第二級快壓射的沖頭速度為lm/s 6m/s，快壓 射將熔水把模具型腔基本填滿后瞬間轉入第三級增壓；增壓結束后，內外壓力差為零后 完成一次填充全過程；
慢壓射從初始開始啟動時，抽真空機就開始啟動工作，在慢壓射行程中對抽真空機 設定了延時1. 5 2秒啟動抽真空，抽真空為0. 1 0. 2秒，在增壓之前快壓射過程完成， 真空機抽真空負壓是0. 045Mpa 0. 055Mpa。
所述的模具預熱溫度為180。C 20(TC，模具工作溫度要求保持在22(TC 30(rC。
上述的鎂鋁復合板材及制造方法不僅僅指兩層復合，還可以是三層及三層以上，例 如可以是鎂板、鋁板和鋁合金板復合，或鎂合金板、鋁板和鋁合金板復合，或鋁板、鋁 合金板、鎂板和鎂合金板一起復合，其制造方法均為先通過真空壓鑄的方式制造成品后， 作為模具鑲嵌件放入另一材料的真空壓鑄機內制造。
采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下有益效果。
本發明鎂鋁復合板材的鎂板或鎂合金板和鋁板或鋁合金板之間的結合面形成互相咬 合的鋸齒或凹凸結構，使得兩種板材緊密結合，不易開裂，復合強度較高。這種復合板 材用作工作臺臺面時，以鋁或鋁合金面作為工作面，具有耐久性好、不易氧化、表面可 進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工的優點，加工時完全以二次加工后的鋁或鋁合 金面作為模具鑲嵌件與鎂水或鎂合金水進行真空壓鑄復合，結合強度高，加工批量化， 成本較低；由于復合板材的另一層是鎂板或鎂合金板，使得制成品相對于同樣大小的完 全由鋁合金制成的板材而言，具有重量輕、剛性強、耐沖撞、阻尼吸震性能好等優點。 本發明相比現有技術的粘合方式、焊接方式、化學方式等將鎂鋁復合的加工工藝而言， 無論是復合板材的結合強度，還是加工成本、質量及數量均有極大的提高。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的描述。


圖l是本發明所述的鎂鋁復合板材一種實施例的斷面結構示意圖； 圖2是本發明所述的鎂鋁復合板材另一種實施例的斷面結構示意圖； 圖3是本發明所述的鎂鋁復合板材再一種實施例的斷面結構示意圖； 圖4至圖6是本發明所述的鎂鋁復合板材真空壓鑄時抽真空壓射的各狀態示意圖。
具體實施例方式
本發明所述的鎂鋁復合板材，由至少一層鎂或鎂合金板和至少一層鋁或鋁合金板真 空壓鑄在一起構成，至少有一個兩層結合面具有相互咬合的鋸齒結構。也就是說，鎂鋁 復合板材是由鎂板和鋁板，或者是鎂合金板和鋁板，再或者是鎂板和鋁合金板，又或者 是鎂合金板和鋁合金板真空壓鑄構成，可以為兩層，也可以為三層或三層以上的結構， 例如可以是鎂板、鋁板和鋁合金板復合，或鎂合金板、鋁板和鋁合金板復合，或鋁板、 鋁合金板、鎂板和鎂合金板一起復合。
實施例一
如圖1所示,該實施例所述的鎂鋁復合板材包括一層鎂或鎂合金板和一層鋁或鋁合 金板，上表層為鋁或鋁合金板la，厚度為2 10mm，下層為鎂或鎂合金板2a，其中鋁或 鋁合金板la為n結構，將下層的鎂或鎂合金板2a四周包住，兩層之間的結合面為鋸齒 結構3a以增大結合強度。
實施例二
如圖2所示，該實施例所述的鎂鋁復合板材包括一層鎂或鎂合金板和一層鋁或鋁合 金板，上表層為鋁或鋁合金板lb,厚度為10mra，下層為鎂或鎂合金板2b，其中鋁或鋁 合金板lb為n結構，將下層的鎂或鎂合金板2b四周包住，兩層之間的結合面的鋸齒結 構為凸塊3b構成的凹凸結構。
實施例三
如圖3所示，該實施例所述的鎂鋁復合板材包括一層鎂或鎂合金板和一層鋁或鋁合 金板，上表層為鋁或鋁合金板lc，厚度為10皿，也可以為10mm以上，下層為鎂或鎂合 金板2c，其中鋁或鋁合金板lc將下層的鎂或鎂合金板2c四周和下表面邊沿一起包住， 兩層之間的結合面的鋸齒結構為凸塊3c構成的凹凸結構，凹凸結合之間設有增大結合強 度的凸起4c。本發明所述的鎂鋁復合板材不僅僅是上述三種結構，還可以是上述三種結構的結合， 所述的鋸齒結構還能夠為螺紋柱或螺紋孔結構或其它結構。另外為了增強結合強度，還 可以沖壓螺栓孔，通過螺栓將其加強固定。
本發明所述的鎂鋁復合板材的制造方法為，將制作好的鋁或鋁合金板成品作為模具 的鑲嵌件預熱一定溫度后放進鎂或鎂合金的抽真空模具內，在真空壓鑄造機內進行合模， 澆注鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復合板材。
或者也可以為，先制造出鎂或鎂合金板成品，然后將其作為模具的鑲嵌件預熱后放 進鋁或鋁合金的抽真空模具內，在真空壓鑄造機內進行合模，澆注鋁或鋁合金熔水，然 后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復合板材。
上述兩種制造方法中，作為模具鑲嵌件的鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品均 為通過真空壓鑄機制造，其中關于鋸齒結構可以在真空壓鑄機制造，也可以制造好成品 后通過二次加工工藝成型，即先制造出鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品后，通過 沖壓或腐蝕或切割工藝加工形成板面的鋸齒結構。
如果鋸齒結構在真空壓鑄機制造，首先是將鋸齒結構凸臺做為板材模具一個面的鑲 嵌件，預熱到15(TC以上后，放進抽真空模具內，進行合模，澆注鋁或鋁合金熔水或鎂
或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為一面為鋸齒結構另一面為平面結構的鋁或 鋁合金板或鎂或鎂合金板。冷卻由模具取出后，再經過清理飛邊及毛刺后，進行預熱至
15(TC以上，再將該成品作為鑲嵌件放進抽真空模具內，合模后通過澆注鎂或鎂合金熔水 或鋁或鋁合金熔水，冷卻取出得到復合板材成品。
作為模具鑲嵌件的鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品制造后，可以先進行防腐、 軋花、涂裝、印刷等二次加工，然后再與另外的材料真空壓鑄。
如圖4至圖6所示，在真空壓鑄機制造時，所述的抽真空壓射采取三級過程
第一級為慢壓射(參閱圖4)，壓射沖頭5以較慢速度0. 2m/s 0. 3ra/s推進,沖頭 慢壓射總行程為270mm 290mm，到位后瞬間轉為快壓射，該位置為沖頭推過熔水進料口 6 (參閱圖5)，第二級快壓射的沖頭速度為lm/s 6m/s，快壓射將熔水把模具型腔7 基本填滿后瞬間轉入第三級增壓，如圖6所示，沖頭5推到A位置后開始增壓，增壓結 束后，內外壓力差為零后完成一次填充全過程。
慢壓射從初始開始啟動時，抽真空機就開始啟動工作，在慢壓射行程中對抽真空機 設定了延時1. 5 2秒啟動抽真空，抽真空為0. 1 0. 2秒，在增壓之前快壓射過程完成，
9真空機抽真空負壓是0. 045Mpa 0. 055Mpa。
真空壓鑄時，模具需要加熱，所述的模具預熱溫度為18(TC 20(TC，模具工作溫度 要求保持在22(TC 30CTC。
上述的鎂鋁復合板材制造方法不僅僅指兩層復合，還可以是三層及三層以上，例如 可以是鎂板、鋁板和鋁合金板復合，或鎂合金板、鋁板和鋁合金板復合，或鋁板、鋁合 金板、鎂板和鎂合金板一起復合，其制造方法均為先通過真空壓鑄的方式制造成品后， 作為模具鑲嵌件放入另一材料的真空壓鑄機內制造。
本發明鎂鋁復合板材的鎂板或鎂合金板和鋁板或鋁合金板之間的結合面形成互相咬 合的鋸齒或凹凸結構，使得兩種板材緊密結合，不易開裂，復合強度較高。這種復合板 材用作工作臺臺面時，以鋁或鋁合金面作為工作面，具有耐久性好、不易氧化、表面可 進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工的優點，加工時完全以二次加工后的鋁或鋁合 金面作為模具鑲嵌件與鎂水或鎂合金水進行真空壓鑄復合，結合強度高，加工批量化， 成本較低；由于復合板材的另一層是鎂板或鎂合金板，使得制成品相對于同樣大小的完 全由鋁合金制成的板材而言，具有重量輕、剛性強、耐沖撞、阻尼吸震性能好等優點。 本發明相比現有技術的粘合方式、焊接方式、化學方式等將鎂鋁復合的加工工藝而言， 無論是復合板材的結合強度，還是加工成本、質量及數量均有極大的提高。
權利要求
1、一種鎂鋁復合板材，其特征在于所述的鎂鋁復合板材由至少一層鎂或鎂合金板和至少一層鋁或鋁合金板真空壓鑄在一起構成，至少有一個兩層結合面具有相互咬合的鋸齒結構。
2、 根據權利要求1所述的鎂鋁復合板材，其特征在于所述的鎂鋁復合板材包 括一層鎂或鎂合金板和一層鋁或鋁合金板，上表層為鋁或鋁合金板，厚度為2 10mrn， 下層為鎂或鎂合金板。
3、 根據權利要求2所述的鎂鋁復合板材，其特征在于所述的鋁或鋁合金板為n結構，將下層的鎂或鎂合金板四周包住，或將下層的鎂或鎂合金板四周和下表面邊沿一起包住。
4、 根據權利要求1或3所述的鎂鋁復合板材，其特征在于所述的鋸齒結構為設于結合面的凹凸結構，凹凸結合之間設有增大結合強度的凸塊，或者，所述的鋸齒 結構為螺紋柱或螺紋孔結構。
5、 一種如上述權利要求所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于將制作好的鋁或鋁合金板成品作為模具的鑲嵌件預熱一定溫度后放進鎂或鎂合金的抽真空 模具內，在真空壓鑄造機內進行合模，澆注鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后 成型為鎂鋁復合板材。
6、 根據權利要求5所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于所述的鎂鋁復合板材也能夠先制造出鎂或鎂合金板成品，然后將其作為模具的鑲嵌件預熱后放進 鋁或鋁合金的抽真空模具內，在真空壓鑄造機內進行合模，澆注鋁或鋁合金熔水，然 后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復合板材。
7、 根據權利要求6所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于所述作為模具鑲嵌件的鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品均為通過真空壓鑄機制造，首先將鋸齒結構凸臺做為板材模具一個面的鑲嵌件，預熱到15(TC以上后，放進抽真空模具內，進行合模，澆注鋁或鋁合金熔水或鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型 為一面為鋸齒結構另一面為平面結構的鋁或鋁合金板或鎂或鎂合金板。
8、 根據權利要求7所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于所述的鋸齒結構也能為二次加工工藝成型，先制造出鋁或鋁合金板成品或鎂或鎂合金板成品后， 通過沖壓或腐蝕或切割工藝加工形成板面的鋸齒結構。
9、 根據權利要求7所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于所述的抽真 空壓射采取三級過程第一級為慢壓射，壓射沖頭以較慢速度0. 2m/s 0. 3m/s推進，沖頭慢壓射總行程 為270mm 290mm，到位后瞬間轉為快壓射；第二級快壓射的沖頭速度為lm/s 6m/s， 快壓射將熔水把模具型腔基本填滿后瞬間轉入第三級增壓；增壓結束后，內外壓力差 為零后完成一次填充全過程；慢壓射從初始開始啟動時，抽真空機就開始啟動工作，在慢壓射行程中對抽真空 機設定了延時1.5 2秒啟動抽真空，抽真空為O. 1 0.2秒，在增壓之前快壓射過程 完成，真空機抽真空負壓是0. 045Mpa 0. 055Mpa。
10、 根據權利要求7所述的鎂鋁復合板材的制造方法，其特征在于所述的模具 預熱溫度為180。C 20(TC，模具工作溫度要求保持溫度為220。C 30(TC。
全文摘要
本發明公開了一種鎂鋁復合板材及其制造方法，所述的鎂鋁復合板材，由至少一層鎂或鎂合金板和至少一層鋁或鋁合金板真空壓鑄在一起構成，至少有一個兩層結合面具有相互咬合的鋸齒結構。即，鎂鋁復合板材是由鎂板和鋁板，或者是鎂合金板和鋁板，再或者是鎂板和鋁合金板，又或者是鎂合金板和鋁合金板真空壓鑄構成，可以為兩層，也可以為三層或三層以上的結構。上述制造方法為，先將制作好的鋁或鋁合金板成品作為模具的鑲嵌件預熱一定溫度后放進鎂或鎂合金的抽真空模具內，在真空壓鑄造機內進行合模，澆注鎂或鎂合金熔水，然后抽真空壓射，最后成型為鎂鋁復合板材。本發明復合板材結合面具有互相咬合的鋸齒結構，使得層次之間緊密結合，復合強度較高。
文檔編號B22D19/16GK101497123SQ200910128499
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者張永升, 戰學禮, 清 李 申請人:青島地恩地材料科技有限公司