专利名称：一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合板材的制备方法，尤其涉及一种用于汽车、工 程机械等领域的颗粒增强铝基钢背复合板材(或复合材料)的制备方法。
背景技术：
金属复合板是一种具有优良特性的金属材料，它可应用于石油、化 工、航空、电力、轻工业等国民经济各个领域。金属层状复合材料是利 用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面 上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型材料，它的物理、化学及力学 性能比单一金属的物化性能及力学性能优越得多。
金属复合板材的生产方法大体上可分成三大类①固一固相复合 法，②液一固相复合法，③液一液复合法，其中固一固相复合法包括爆 炸复合法、挤压复合法、爆炸焊接一热轧法、轧制复合法和扩散焊接法 等，液一固相复合法包括模铸复合法和铸复合法铸轧法等，液一液相复 合法目前只有电磁连铸复合法。这些方法各有优点，在不同的条件下生 产出了各具特性的金属复合板，在一定时间内依然是各种制备方法(或
制备工艺)并存的局面，目前还没有一种完美的方法可取代。
由于金属复合板材的研制有100多年的历史，所以轧制复合板的相 关报道也较多，如
① 公告号为CN1586751的"不锈钢/铝复合板热辊轧制方法"，公开 了不锈钢板和铝板的表面处理及经表面处理后的不锈钢板和铝板组合 成的叠板，在端部点焊定位送入氮气保护的连续式加热炉中加热，再送 入预热后的轧机中进行复合轧制，将轧制成的复合金属板入热处理炉中 进行扩散退火，冷却。
② "一种铜铝双面复合板的轧制方法及轧制设备"，先将工业纯铜带和工业纯铝板进行预备热处理，其后把铜带在酸溶液中、铝板在碱溶 液中进行清洗，把铜带和铝板刷拭后进行铜带、铝板轧制复合，铜铝复 合后剪切，终点热处理和矫直(热处理在惰性气体中退火)。
③"一种钢背铝基合金板的复合方法"，先采用脱脂、清锈、打毛、 浸镀助焊工序对钢背表面进行处理，再预热到所需温度后在复合浇嘴熔 池中与铝基覆层金属液进行扩散反应，形成复合界面，最后利用轧制工 艺进行铸轧形成钢背铝基复合板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服或解决颗粒增强铝基复合材料 的本身大压下轧制变形困难及其与钢背直接轧制复合强度低等关键技 术难题的颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为所述的"一种颗粒增 强铝基钢背复合板材的制备方法"是一种新的工艺，原理是针对颗粒 增强铝基复合材料存在本身大压下轧制变形性能差及其与钢背直接轧 制复合结合强度低等关键技术难题，提出在热轧复合过程中，采用在两 者中间界面上增加一层铝合金板，即铝合金基体材料以提高复合轧制变 形能力和提高界面复合强度，依靠高温高压下颗粒增强铝基复合材料与 中间的铝合金板之间铝原子、中间铝合金板与钢板(即钢背)之间铝、 铁原子的相互扩散，提高复合板材界面之间的结合强度。在通常的钢'/ 铝轧制复合工艺基础上，解决了颗粒增强铝基复合材料本身大压下轧制 变形困难及其与钢背直接轧制复合困难的技术关键，具有生产工艺简 单、效率高、生产成本低等优点。
①采用搅拌铸造工艺制备①170-200mm的2024Al/10%SiCp铝基复 合材料圓锭，将此圆锭在500°C x24h条件下均匀化处理后机加工成直 径为①150-170mm的挤压锭坯，在才齐压机上将冲齐压锭坯4齐压成(18-22) mmx (110-130) mm的板材，挤压温度控制在440。C-46(TC，把挤压的 板材分断成170-190mm长后沿4黄向在不可逆轧才几上热轧成(1. 0-3. 0)mm厚度的铝基复合材料板，热轧温度为440-460°C。
② 采用(1. 5 ~4. 5 ) mmx 50mm x 180mm的SS400钢板及(0. 5 ~ 1. 5 ) 隱x 50mm x 180mm的3003铝合金板。
③ 在热轧复合前对SS400钢板采用硫酸(H2S04)溶液酸洗，除去钢 板表面的氧化层，然后将钢板的结合面打毛，再用丙酮溶液浸泡以除去 钢板表面的油污，然后用无水乙醇擦洗表面。
④ 在热轧复合前对3003铝合金板及铝基复合材料板采用氢氧化钠 (NaOH)溶液碱洗，除去表面的氧化层，然后将铝合金板及铝基复合材
料板的结合面打毛，用丙酮溶液浸泡以除去表面的油污，然后用无水乙 醇4察洗表面。
⑤ 将铝合金板、铝基复合材料板和钢板三者打毛的结合面对合并固 定一同放入加热炉内在温度为350-550。C条件下加热，在不可逆轧机上 进行轧制复合。在热轧复合过程中，采用在钢板和铝基复合材料板两者 的中间界面上增加一层铝合金板以提高复合轧制变形能力和提高界面 复合强度。
⑥ 控制复合轧制道次压下率为30-70%,轧制速度《30m/min。
⑦ 将热轧后的颗粒增强铝基钢背复合板材在450-480。C温度下进行 扩散退火处理5-10h,增加复合板材的结合强度。
⑧ 对扩散退火处理后的颗粒增强铝基钢背复合板材进行水淬处理 和时效处理。
经如上技术方案提供的 一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方 法与现有技术相比，其有益效果在于
①所述的 一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法采用在钢板 和铝基复合材料板两者的中间界面上增加一层铝合金基体材料(即铝合 金板)，提高了复合轧制变形能力和界面复合强度，在高温高压下依靠 颗粒增强铝基复合材料板与铝合金板之间的铝原子以及铝合金板与钢 板之间的铝、铁原子的相互扩散，提高了钢背复合板材界面之间的结合
5强度，在通常的钢/铝轧制复合工艺的基础上，解决了颗粒增强铝基复 合材料本身大压下轧制变形困难及其与钢背直接轧制复合困难的技术
难题；
② 制备工艺简单，操作方便；
③ 所制备的铝基钢背复合板材的表面硬度提高1-2倍，其耐磨性能 大幅度增强。
附图为本发明所述的 一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法 中钢板1、铝合金板2及铝基复合材料板3三者在热轧前的复合示意图， 亦为本发明的摘要附图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细 描述。
所述的 一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法包括铝基复合 材料板3的制备和铝合金板2、钢板(背)1的处理及三者的结合。
1 、铝基复合材料板3的制备:采用搅拌铸造工艺制造直径为c]) 170 ~ 200mm的2024Al/10%SiCp铝基复合材料圆锭，所述搅拌铸造工艺为铝制 品生产中的现有技术。将2024Al/10%SiCp的4)170~ 200mm圓锭在500 °C x 24h的条件下进行均匀化处理，均匀化处理的设备可选用电加热式 的均热炉，把均匀化处理后的圆锭机加工成直径为cj) 150 ~ 170mm的挤压 锭坯，经挤压机将挤压锭坏挤压成(18 ~ 22 ) mm x (110 ~ 130 ) mm的板 材，所述挤压机可选用1250t挤压机，其挤压温度控制在440 ~ 460匸之 间，把挤压成材的板形分断成170 ~ 190mm长度后沿横向在不可逆轧机 上在热轧温度为440 ~ 460。C条件下热轧成厚度为(1. 0 ~ 3. 0 ) mm的铝 基复合材料板3。其中不可逆轧机可选用cb 360 x 600mm 二辊轧机。
2、热轧复合前，对钢板1采用硫酸(H2S04)溶液酸洗，除去钢板l 表面的氧化层，然后将钢板l的结合面打毛，从附图可知，钢板l有一个结合面。用丙酮溶液以除去钢板l表面的油污，最后用无水乙醇擦洗
表面。所述钢板l可选用SS400钢板，打毛工具可选用钢刷，其中硫酸 溶液可选用重量浓度为10°/ 的-克酸溶液。
3、 热轧复合前，对铝合金板2 (又称铝合金基体材料)和铝基复合 材料板3采用氩氧化纳(NaOH )溶液碱洗，以除去铝合金板2和铝基复 合材料板3表面的氧化层，其中氢氧化钠溶液可选用重量浓度为10%的 氩氧化钠溶液。后将铝合金板2和铝基复合材料板3的结合面打毛，从 附图可知，铝合金板2有两个结合面，而铝基复合材料板3有一个结合 面。再用丙酮溶液浸泡以去除铝合金板2和铝基础复合材料板3表面的 油污，然后用无水乙醇擦洗表面。所述铝合金板2可选用3003铝合金 板，为市场可买产品，打毛工具可采用钢刷。
4、 将厚度为(1. 5 ~ 4. 5 ) mm的钢々反1、厚度为(0. 5 ~ 1. 5 ) mm铝 合金板2和厚度为(1. 0 ~ 3. 0 ) mm的铝基复合材料板3的打毛结合面对 合并固定，所述"固定"可选用卡紧方式，保证三者不产生相对移动即 可。将固定后的结合体一同放入加热炉内加热，所述加热炉可选用箱式 电阻炉，加热温度控制在350 55(TC之间，所述加热温度亦为结合体的 轧制温度。把加热后的结合体在不可逆轧机上进行轧制复合变成颗粒增 强铝基钢背复合板材，其中不可逆轧才几可选用(J) 360mm x 600mm 二辊不可 逆轧机。
5、 将热轧后的颗粒增强铝基钢背复合板材在450 48(TC条件下进 行扩散退火处理5-10h小时，增加复合板材的结合强度。
6、 对扩散退火后的颗粒增强铝基钢背复合板材进行水淬处理与自 然时效处理，增大表面硬度和增强耐磨性。
经过如上制备方法得到的颗粒增强铝基钢背复合板材的结合强度 明显提高，抗弯性能优于以往。 实施例1:
采用搅拌铸造工艺制备直径为cj)180mm的2024Al/10°/。SiCp铝基复合材料圆4走，把此圆锭在500°C x 24h均匀化处理后才几加工成直径为(]) 160mm的挤压锭坯，经1250t挤压机把小160mm挤压4走坯挤压成规格为
(20x 12G)mm板材，挤压温度为450°C,把挤压成形的板材分断成180mm 长度后沿横向在(J) 360 x 600麵二辊不可逆轧机上热轧成厚度为2. 0誦 的铝基复合材料板3,热轧温度为450°C。此实施例采用(3nrnix5mmx 180mm)的SS400钢板1、 (1 mm x 50mm x 180mm)的3003铝合金板2及
(2mm x 50mm x 180mm)的2024Al/10%SiCp铝基复合材料板3。在热轧前 SS400钢板1采用10%H2SO4溶液酸洗，而3003铝合金板2和 2024Al/10%SiCp铝基复合材料板3采用10%NaOH溶液碱洗，去除表面的 氧化层，然后用钢刷将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料板3的结合 面打毛，再用丙酮溶液浸泡以去除表面的油污等，然后用无水乙醇擦洗 表面。将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料板3的打毛结合面对合并 固定后一同放入箱式电阻炉内加热，当加热温度(即为轧制温度)达400 。C时送cJ) 360 x 600mm 二辊不可逆轧机在压下率为50%及轧制速度 =29m/min的条件下轧制复合成颗粒增强铝基钢背复合板材，将所轧制的 颗粒增强铝基钢背复合板材分别在4 5 0°C和4 8 0 °C下进行扩散退火处理， 然后将退火处理后的复合板材进行弯曲成验450。C/5h退火处理弯曲8 次，完好；48(TC/10h退火处理弯曲9次，完好，对480°C/2h退火处理 的复合板材进行水淬，按2024铝材时效工艺制度进行处理后，颗粒增 强铝基钢背复合板材的表面强度大大增加，耐磨性提高。 实施例2:
采用搅拌铸造工艺制备直径为4)170mm的2024Al/10%SiCp铝基复 合材料圆4定，把此圆锭在500°C x 24h均匀化处理后4几加工成直径为(J) 150mm的挤压锭坯，经1250t 4齐压机把cf) 150mni才齐压锭坯挤压成规格为 (18 x llO)mm板材，挤压温度为440。C,把挤压成形的板材分断成170mm 长度后沿横向在cj) 360 x 600mm 二辊不可逆轧机上热轧成厚度为1. Omm 的铝基复合材料板3，热轧温度为440°C。此实施例采用(1. 5mm x 5mmx 180mm)的SS400钢板1、 ( 0. 5mm x 50mm x 180mm)的3003铝合金板2 及(1. Ommx 50咖x 180固)的2024Al/10%SiCp铝基复合材料板3。在热 轧前SS400钢板1采用10训2SO4溶液酸洗，而3003铝合金^反2和 2024Al/10°/。SiCp铝基复合材料板3采用10%NaOH溶液碱洗，去除表面的 氧化层，然后用钢刷将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料板3的结合 面打毛，再用丙酮溶液浸泡以去除表面的油污等，然后用无水乙醇擦洗 表面。将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料3的打毛结合面对合并固 定后一同》文入箱式电阻炉内加热，当加热温度(即为轧制温度)达350 。C时送(J) 360 x 600, 二辊不可逆轧机在压下率为30%及轧制速度 -28m/min的条件下轧制复合成颗粒增强铝基钢背复合板材，将所轧制的 颗粒增强铝基钢背复合板材在45(TC下进行扩散退火处理，然后将退火 处理后的复合板材进行弯曲成验450°C/10h退火处理弯曲10次，完好； 对450°C/10h退火处理的复合板材进行水淬，按2024铝材时效工艺制 度进行处理后，颗粒增强铝基钢背复合板材的表面强度大大增加，耐磨 性提高。
实施例3:
采用搅拌铸造工艺制备直径为4) 200腿的2024Al/10%SiCp铝基复 合材料圆锭，把此圆锭在500°C x24h均匀化处理后机加工成直径为(J) 170mm的才齐压4t坯，经1250t才齐压才几4巴(J) 17Omm才齐压4走坯才齐压成Mi各为 (22 x 130 )mm板材，挤压温度为460°C ，把挤压成形的板材分断成190mm 长度后沿横向在(J) 360 x 600mm 二辊不可逆轧机上热轧成厚度为3.0mm 的铝基复合材料板3，热轧温度为460°C。此实施例采用(4. 5mmx5mm x 180mm)的SS400钢板1、 (1.5 mm x 50mm x 180mm)的3003铝合金板 2及(3. Ommx 50mmx 180mm)的2024Al/10%SiCp铝基复合材料板3。在 热轧前SS400钢板1采用1(T/。H2S04溶液酸洗，而3003铝合金板2和 2024Al/10%SiCp铝基复合材料板3采用10%NaOH溶液碱洗，去除表面的 氧化层，然后用钢刷将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料板3的结合面打毛，再用丙酮溶液浸泡以去除表面的油污等，然后用无水乙醇擦洗
表面。将钢板l、铝合金板2和铝基复合材料3的打毛结合面对合并固 定后一同放入箱式电阻炉内加热，当加热温度(即为轧制温度)达550 。C时送cl) 360 x 600mm 二辊不可逆轧才几上在压下率为70%及轧制速度 =30m/min的条件下轧制复合成颗粒增强铝基钢背复合板材，将所轧制的 颗粒增强铝基钢背复合板材在480。C下进行扩散退火处理，然后将退火 处理后的复合板材进行弯曲成验480。C/2h退火处理弯曲11次，完好； 480。C/10h退火处理弯曲9次，完好，对480。C/2h退火处理的复合板材 进行水淬，按2024铝材时效工艺制度进行处理后，颗粒增强铝基钢背 复合板材的表面强度大大增加，耐磨性提高。
权利要求
1、一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法，其特征在于采用搅拌铸造工艺提供的直径为φ170～200mm的2024Al/10％SiCp铝基复合材料圆锭在500℃×24h条件下进行均匀化处理，将均匀化处理后的圆锭机加工成直径为φ150～170mm的挤压锭坯，经挤压机将挤压锭坯挤压成(18-22mm)×(110～130mm)的板材，挤压温度控制在440～460℃之间；把挤压成形的板材分断成170～190mm长度后沿横向在不可逆轧机上在热轧温度为440～460℃条件下热轧成厚度为1.0～3.0mm的铝基复合材料板(3)；在热轧复合前，对钢板(1)采用硫酸溶液酸洗，将钢板(1)的结合面打毛，用丙酮浸泡后用无水乙醇擦洗表面；在热轧复合前，用氢氧化钠溶液碱洗铝合金板(2)和铝基复合材料板(3)，将厚度为(0.5～1.5)mm的铝合金板(2)和厚度为(1.0～3.0)mm的铝基复合材料板(3)的结合面打毛，用丙酮溶液浸泡后用无水乙醇擦洗表面；将钢板(1)、铝合金板(2)和铝基复合材料板(3)的打毛结合面对合并固定，一同放入加热炉内加热，加热炉的加热温度控制350～550℃，把加热后的结合体在不可逆轧机上轧成颗粒增强铝基钢背复合板材，轧制复合的压下率为30～70％，轧制速度为≤30m/min；将热轧后的颗粒增强铝基钢背复合板材在450～480℃条件下进行扩散退火处理，对退火后的颗粒增强铝基钢背复合板材进行水淬处理与时效处理。
全文摘要
本发明公开了一种颗粒增强铝基钢背复合板材的制备方法，把采用搅拌铸造工艺提供又进行均匀化处理后的铝基复合圆锭机加工成挤压锭坯，用挤压机将挤压锭坯挤压成板材，将板材分断后沿横向在二辊不可逆轧机上热轧成铝基复合材料板(3)。在热轧复合前对钢板(1)用10％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>溶液酸洗，对铝合金板(2)和铝基复合材料板(3)用10％NaOH溶液碱洗，将三者的结合面打毛，用丙酮浸泡及无水乙醇擦洗后将三者的打毛结合面并合固定一同放入加热炉内加热，用二辊不可逆轧机轧成颗粒增强铝基钢背复合板材，将复合板材进行扩散退火处理和水淬处理或时效处理。这种制备方法解决了颗粒增强铝基复合材料本身大压下轧制变形困难及其与钢背直接轧制复合困难的技术关键，它有着广泛的应用和发展前景。
文档编号B21B1/00GK101590495SQ20091004389
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月7日 优先权日2009年7月7日
发明者辉 张, 梁健松 申请人:湖南华南煤矿机械制造有限公司