一种铝锡合金-钢复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种复合材料，具体是一种铝锡合金-钢复合材料及其制备方法。

背景技术：

钢铝双层复合材料兼备了钢,铝材料的优点,而摒弃了它们的不足,是一种具有广阔应用范围和巨大发展潜力的复合材料；现有的钢铝双层复合材料，包括以爆炸焊接法、摩擦焊接法、复合铸锭热轧法等方法制备的材料，存在操作复杂，设备要求高等工艺上的缺点，对复合过程中的参数控制要求高，设备的维护和保养也较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝锡合金-钢复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝锡合金-钢复合材料，包括钢板层和铝锡合金层，所述钢板层的厚度为1-5mm，铝锡合金层的厚度为0.3-1mm；所述钢板层为含碳量在0.02-2.11％之间的铁碳合金，铝锡合金层为铝锡合金经过铸轧而成，铸轧壁厚为5-10mm。

进一步的，所述铝锡合金的主要成分为铝78-94％；锡3-20％；ni0.1-5％；铜0.1-5％；硅0.1-5％；锰0.1-5％；铅0.1-5％。

一种铝锡合金-钢复合材料的制备方法，由钢板为基板、前端先由铸轧工艺得到一定比例成分的铝锡合金板，再把两种板材经过清洗打磨后经过冷轧轧制成铝锡合金-钢复合板材；具体的，包括以下步骤：

s1、在熔炼炉中加入一定比例成分的铝锭、锡锭以及其他金属成分，加热至700-900℃，使其成为液态的铝锡合金液；

s2、随后将铝液进行倾倒，使其经过铸轧工艺，得到相应壁厚的板材，之后将铝锡合金板进行改轧后退火，在保洁状态下备用；

具体的，铸轧工艺参数：铸轧采用双辊倾斜式铸轧机φ500*600mm，其中前箱内熔体温度为690-705℃，辊缝为6.0-6.3mm，铸轧区长度为40-45mm，冷却水水压为0.5mpa、水温低于25℃，铸轧速度为0.8-0.90m/min。

s3、在保洁状态与环境下，开卷、校平、通过砂带磨削工艺修磨钢带表面，消除卷钢带表面的轧制缺陷，使卷钢带的表面外露全新金属本质、洁净无污，钢带的复合表面粗糙度ra1.6～12.5μm；钢带的非复合表面粗糙度ra≤0.63μm；

s4、再将铝锡合金板进行清洗去杂去油，通过钢丝刷轮抛磨工艺，对铝锡合金板的表面层进行刷光处理，获取合金带表面刷新、洁净无污的处理效果，调整轧下量为40-80％，轧制力为300-900t，得到轧制后的铝锡合金-钢复合板材，并在复合时喷洒油基热轧油；

s5、再将板材在真空气氛下进行扩散退火，退火温度为200-600℃，增加铝锡合金与钢板之间的结合力；

具体的，铝锡合金和钢的复合过程是由铝锡合金层和钢板层表面硬化层破裂，新鲜的金属接触、相互咬合，实现机械结合的过程，退火处理不仅可以实现铝锡合金层和钢板层的再结晶回复，同时还可以发生铝-钢复合板界面间的相互扩散，使得铝钢复合板由冷轧条件下的机械咬合转变为冶金结合，提高铝-钢界面的结合的强度；

s6、最后进行精轧，将板材轧至所需壁厚，冷却铝锡合金-钢复合材料通过开卷、检验、对不合格部位标记及祛除卷带料头、料边、料尾等，完成规格化后上油卷取成卷。

进一步的，所述轧制方式为包辊异步轧制、拉直异步轧制、异步恒延伸轧制或单机异步连轧的其中一种。

进一步的，所述步骤s1中熔炼采用圆形重油熔炼炉，熔体温度为720℃-760℃，静置采用电阻加热静置炉，精炼温度720℃-740℃，h2含量小于0.10ml/100g铝。

进一步的，所述步骤s1中晶体细化剂为al-ti-b丝，熔体净化采用ccl4精炼和玻璃丝布过滤相结合的方法。

进一步的，所述步骤s2中整个系统都需要经过300℃、4h以上的预热处理。

进一步的，所述步骤s4中首道次扎下量控制在20％-60％之间，之后的单道次扎下量控制在20％-30％，累计轧下量为40-80％。

进一步的，所述步骤s5中退火温度为600℃，保温60min时，钢板层的晶粒沿轧向伸长的纤维组织转变为细小、等轴的再结晶晶粒，组织发生了完全再结晶，铝-钢界面结合强度最佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出直接分步冷轧法制备的铝锡合金-钢复合材料，具有优异的耐磨性、抗冲击韧性；与传统的爆炸焊接法、摩擦焊接法、复合铸锭热轧法等方法制备的纯铝钢复合材料相比，其工艺流程更加简单，对设备的要求更低，复合过程中控制的工艺参数要求更低，同时在铝中加入一定量的锡制成铝锡合金，可以很大程度上提高铝锡合金-钢复合材料的抗磨性。

一般通过拉铸工艺铝材壁厚大约15-30mm，本发明的铝锡合金层为铝锡合金经过铸轧而成，铸轧壁厚一般5-10mm，由于壁厚小，可减少后道轧制-退火工艺的次数，提高效率，同时，连续铸轧具备以下的优点

a、设备简单、集中，缩短了从铝水—铸块—铸块处理—热轧板带的时间，节省了铸锭、锯切、铣面、铸块加热、开坯、热轧等多道工序，简化了生产工艺，缩短了生产周期，提高了劳动生产率，自动化程度高；

b、节能降耗，连续铸轧工艺的生产线配置合理，机构紧凑，方便操作，降低了热轧所需的一系列工序的能耗；

c、切头、切尾等几何废料少，成品率高，生产成本低；

d、由于连续铸轧带坯厚度较薄，冷却后可以直接冷轧，节省了大功率的热轧机和铸锭加热所消耗的电能和热能；

e、设备投资少，见效快，投资回收周期短，占地面积小，建设速度快，适合中小型铝板带材企业的建设；

f、连续铸轧坯料可完全替代热轧坯料用于铝及铝合金板、带、箔材的生产；

g、可以用部分回收废料做原料，生产成本低廉，在价格上颇具竞争力。

采用分步冷轧法制备铝锡合金-钢复合材料，可以在前端制备铝锡合金板时，自行调整铝锡合金的金属比例以及铝锡合金板的规格，且可以在其中自由添加其他的化学组分，达到其他技术要求，满足不同客户的需要。

附图说明

图1为一种铝锡合金-钢复合材料的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种铝锡合金-钢复合材料，包括钢板层1和铝锡合金层2，

所述钢板层的厚度为1-5mm，铝锡合金层的厚度为0.3-1mm；

所述钢板层为含碳量在0.02-2.11％之间的铁碳合金，铝锡合金层为铝锡合金经过铸轧而成，铸轧壁厚为5-10mm；

铝锡合金-钢复合材料可减少后道轧制-退火工艺的次数，提高效率，由于连续铸轧的铝锡合金层带坯厚度较薄，冷却后可以直接冷轧，节省了大功率的热轧机和铸锭加热所消耗的电能和热能；同时铝锡合金层采用铸轧工艺制备，制得的铝锡合金层为连续的料带，传统的拉铸工艺制备的铝合金板为板状，与钢板层复合时，为多块不连续的铝合金板复合在钢板层，相较于传统的拉铸工艺制备的铝合金板，切头、切尾等几何废料少，成品率高，生产成本低；

所述铝锡合金的主要成分为铝78-94％：(铝的密度在金属中偏小，仅为2.7g/cm³，同时储量丰富，价格低廉，具有良好的导电导热性，同时铝虽然软，但是表面形成的致密氧化铝保护层具有很好的抗腐蚀性，同时兼具一定的耐磨以及抗冲击韧性)；锡3-20％(锡富有光泽、无毒、不易氧化变色，可塑性强，它可以有各种表面处理工艺，同时锡具有良好的减磨作用，在合金中使用，可以大大提高材料的耐磨性能)；ni0.1-5％(镍具有磁性和良好的可塑性。并且具有好的耐腐蚀性，镍近似银白色、硬而有延展性，它能够高度磨光和抗腐蚀)；铜0.1-5％(铜作为强化元素，加入后提高合金强度)；硅0.1-5％(硅作为第二相强化元素，加入后提高合金强度，si原子可占据fe-al相结构中的空位阻碍原子的移动，使fe-al反应层的厚度增长受到抑制)；锰0.1-5％(锰作为强化元素，加入后提高合金强度)；铅0.1-5％(铅提高减摩性，提高材料的耐磨性)；

进一步的，所述铝锡合金的主要成分为铝78-94％；锡3-20％；ni0.1-5％；铜0.1-5％；硅0.1-5％；锰0.1-5％；铅0.1-5％。

一种铝锡合金-钢复合材料的制备方法，由钢板为基板、前端先由铸轧工艺得到一定比例成分的铝锡合金板，再把两种板材经过清洗打磨后经过冷轧轧制成铝锡合金-钢复合板材；具体的，包括以下步骤：

s1、在熔炼炉中加入一定比例成分的铝锭、锡锭以及其他金属成分，加热至700-900℃，使其成为液态的铝液；

具体的，熔炼采用圆形中频熔炼炉，熔体温度为720℃-760℃，静置采用电阻加热静置炉，精炼温度720℃-740℃，h2含量小于0.10ml/100g铝，晶体细化剂为al-ti-b丝，熔体净化采用ccl4精炼和玻璃丝布过滤相结合的方法；

s2、随后将铝液进行倾倒，使其经过铸轧工艺，得到相应壁厚的板材，之后将铝锡合金板进行改轧后退火，在保洁状态下备用；

具体的，铸轧工艺参数：铸轧采用双辊倾斜式铸轧机φ500*600mm，其中前箱内熔体温度为690-705℃，辊缝为6.0-6.3mm，铸轧区长度为40-45mm，冷却水水压为0.5mpa、水温低于25℃，铸轧速度为0.8-0.90m/min，整个系统都需要经过300℃、4h以上的预热处理，

s3、在保洁状态与环境下，开卷、校平、通过砂带磨削工艺修磨钢带表面，消除卷钢带表面的轧制缺陷，使卷钢带的表面外露全新金属本质、洁净无污，钢带的复合表面粗糙度ra1.6～12.5μm；钢带的非复合表面粗糙度ra≤0.63μm；

s4、再将铝锡合金板进行清洗去杂去油，通过钢丝刷轮抛磨工艺，对铝锡合金板的表面层进行刷光处理，获取合金带表面刷新、洁净无污的处理效果，调整轧下量为40-80％，轧制力为300-900t，得到轧制后的铝锡合金-钢复合板材，并在复合时喷洒油基热轧油；

具体的，首道次扎下量控制在20％-60％之间，之后的单道次扎下量控制在20％-30％，累计轧下量为40-80％，

s5、再将板材在真空气氛下进行扩散退火，退火温度为200-600℃，增加铝锡合金与钢板之间的结合力；

具体的，铝锡合金和钢的复合过程是由铝锡合金层和钢板层表面硬化层破裂，新鲜的金属接触、相互咬合，实现机械结合的过程，退火处理不仅可以实现铝锡合金层和钢板层的再结晶回复，同时还可以发生铝-钢复合板界面间的相互扩散，使得铝钢复合板由冷轧条件下的机械咬合转变为冶金结合，提高铝-钢界面的结合的强度；

退火温度为600℃，保温600min时，钢板层的晶粒沿轧向伸长的纤维组织转变为细小、等轴的再结晶晶粒，组织发生了完全再结晶，铝-钢界面结合强度最佳；

s6、最后进行精轧，将板材轧至所需壁厚，冷却铝锡合金-钢复合材料通过开卷、检验、对不合格部位标记及祛除卷带料头、料边、料尾等，完成规格化后上油卷取成卷。

进一步的，所述轧制方式为包辊异步轧制、拉直异步轧制、异步恒延伸轧制或单机异步连轧的其中一种。

可减少后道轧制-退火工艺的次数，提高效率，由于连续铸轧带坯厚度较薄，冷却后可以直接冷轧，节省了大功率的热轧机和铸锭加热所消耗的电能和热能；同时铝锡合金层采用铸轧工艺制备，制得的铝锡合金层为连续的料带，传统的铝合金板材制作采用拉铸工艺，制备的铝合金板为板状，与钢板层复合时，为多块不连续的铝合金板复合在钢板层，相较于传统的拉铸工艺制备的铝合金板，切头、切尾等几何废料少，成品率高，生产成本低。

本发明提出直接分步冷轧法制备的铝锡合金-钢复合材料，具有优异的耐磨性、抗冲击韧性，在复合板材领域属于新兴材料；与传统的爆炸焊接法、摩擦焊接法、复合铸锭热轧法等方法制备的纯铝钢复合材料相比，其工艺流程更加简单，对设备的要求更低，复合过程中控制的工艺参数要求更低，且在铝中加入一定量的锡制成铝锡合金，可以很大程度上提高铝锡合金-钢复合材料的抗磨性。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。