專利名稱：耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及制備方法屬于材料加工工程領(lǐng)域，具體來講是一種通過在鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金中間加連接劑材料鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合后施壓并保溫，形成過渡層，實(shí)現(xiàn)鎂、鋁的結(jié)合，形成耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂具有密度低、比強(qiáng)度大、電磁屏蔽性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，尤其是經(jīng)過國內(nèi)外近十多年的研究，鎂的各項(xiàng)性能得到了較大改善(S.Kamado，J.Koike，K.Kondoh，Y.Kawamura，[Mat.Sci.Forum 419-422(2003)21])，可望成為理想的航空航天及未來汽車工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料。但是由于鎂的電位非常負(fù)，氧化膜疏松多孔，所以其抗腐蝕性能很差，限制了鎂的工業(yè)應(yīng)用(F.Stippich，E.Vera，[Surf.Coat.Technol.103-104(1998)29-35])。目前通過表面改性提高鎂及鎂合金抗腐蝕性能方法有(1)化學(xué)處理(H.Tsubakino，A.Yamamoto，K.Sugahara，S.Fukumoto，[Mat.Sci.Forum 419-422(2003)915.])，通過化學(xué)處理可以在基體表面形成由氧化物或金屬鹽構(gòu)成的鈍化膜，這層膜與基體具有良好的結(jié)合力，阻止腐蝕介質(zhì)對基體的侵蝕。但是這種方法處理劑大都含有鉻或重有色金屬元素，從而對環(huán)境和人體有不同程度危害的局限性。(2)陽極氧化(A.L.Rudd，C.B.Breslin，F(xiàn).Mansfeld，[Corros.Sci.42(2000)275])，鎂合金的陽極氧化處理較化學(xué)處理可以大幅度提高耐蝕能力。但是這種方法的工藝比較落后。(3)金屬鍍層(A.Yfantis，I.Paloumpa，D.Schmeiber，D.Yfantis，[Surf.Coat.Technol.151-152(2002)400])，使用氟化物為活化劑，經(jīng)過化學(xué)鍍鎳、鈍化及熱處理，鍍層具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性、可焊性及對環(huán)境的穩(wěn)定性，但是這種方法的處理過程價(jià)格昂貴。雖然上述表面改性技術(shù)均不同程度地提高了鎂的抗腐蝕性能，但至今仍未找到一種工藝簡單、適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)，同時(shí)符合環(huán)保要求的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法，目的在于公開一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于是一種鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金之間通過鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合連接層結(jié)合在一起的復(fù)合材料。
所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是所述的鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金的形狀為塊體、板材或薄膜材料。
所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是所述的連接層的材料為低熔點(diǎn)的鋅、錫、質(zhì)量百分比為Zn+0～30％Sn的鋅錫組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～25Al％的鋅鋁組合、質(zhì)量百分比為Zn+35～55％Mg的鋅鎂組合、質(zhì)量百分比為Sn+0～5％Al的錫鋁組合、質(zhì)量百分比為Sn+0～5％Mg的錫鎂組合、質(zhì)量百分比為Al+30～70％Mg的鋁鎂組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～5％Mg的鋅錫鎂組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～5％Al的鋅錫鋁組合或質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg的鋅錫鋁鎂組合。
所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是通過在鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金之間添加低熔點(diǎn)連接材料鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合，在溫度為200～500℃，大氣狀態(tài)下施加0～50MPa的恒定壓力或是在有石墨、氧化鋁或氧化鎂等惰性劑包埋的條件下施加0～200MPa的恒定壓力，并保溫20～50分鐘的條件下，形成具有連接層的鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金復(fù)合材料的制備方法。
所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的低熔點(diǎn)連接材料的熔點(diǎn)低于400℃，鋅錫組合的質(zhì)量配比為Zn+0～30％Sn，鋅鋁組合的配比為Zn+0～25Al％，鋅鎂組合的配比為Zn+35～55％Mg，錫鋁組合的配比為Sn+0～5％Al，錫鎂組合的配比為Sn+0～5％Mg，鋁鎂組合的質(zhì)量配比為Al+30～70％Mg，鋅錫鎂組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～5％Mg，鋅錫鋁組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～5％Al，鋅錫鋁鎂組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法，所用的連接材料來源充足，價(jià)格低廉；加工工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制，可使用通用型設(shè)備，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。所制備成的這種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料是具有優(yōu)異的抗腐蝕、消震性、可修飾性等性能的復(fù)合材料?？蓾M足電子工業(yè)、航空航天及未來汽車工業(yè)用重要零部件的技術(shù)要求。
四

圖1為將鋁片、鎂片用砂紙磨出新鮮面，將鋅粉均勻鋪于中間，用石墨包埋，在300℃施加超過鋁的屈服強(qiáng)度的外力，保持35分鐘，冷卻后得到的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合板結(jié)合面的掃描電子顯微像。
圖2為鎂元素的元素分布面掃描圖。
圖3為鋅元素的元素分布面掃描圖。
圖4為鋁元素的元素分布面掃描圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1將尺寸為10×10×2mm3的鋁片、10×10×2mm3的鎂片用砂紙磨出新鮮面，0.5克鋅粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在300℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，即得到通過鋅為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。掃描電鏡(SEM)觀察到如圖1所示的過渡層。
實(shí)施方式2將尺寸為10×10×0.1mm3的鋁片、10×10×10mm3的鎂塊用砂紙磨出新鮮面，0.5克錫粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在250℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持30分鐘，冷卻后，即得到通過錫為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式3將尺寸為10×10×2mm3的鋁片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，0.5克質(zhì)量百分比為Sn+3％Al的錫鋁組合粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在250℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，即得到通過錫鋁為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式4將尺寸為10×10×0.1mm3的鋁片、10×10×10mm3的AZ91鎂合金塊用砂紙磨出新鮮面，0.5克質(zhì)量百分比為Zn+15％Al的鋅鋁組合粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在400℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持25分鐘，冷卻后，即得到通過鋅鋁為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式5采用具有新鮮表面的尺寸為10×10×10mm3的Al-Mg-Si合金塊、10×10×10mm3的鎂塊，中間加厚度為10μm的鎂鋅釔合金薄片，在室溫下壓實(shí)，在400℃施加低于鋁的屈服強(qiáng)度的外力(8MPa)下，保持30分鐘，冷卻后得到通過鎂鋅釔合金為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式6采用具有新鮮表面的尺寸為10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的鎂片，中間加0.5克質(zhì)量百分比為Zn+40％Mg的鋅鎂組合粉，在室溫下壓實(shí)，在300℃施加低于鋁的屈服強(qiáng)度的外力(8MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，得到通過鋅鎂為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式7將尺寸為10×10×2mm3的鋁片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，0.5克質(zhì)量百分比為Zn+15％Sn+3％Al+3％Mg的鋅錫鋁鎂組合粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在250℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，即得到通過鋅錫鋁鎂為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式8將尺寸為10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，在鋁片表面鍍鋅，鍍層厚度為10μm，將鍍鋅Al-Mg-Si合金片與AZ91鎂合金片疊放一起，在300℃加壓(20MPa)，保持35分鐘，冷卻后，即得到以鋅為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式9將尺寸為10×10×0.1mm3的Al-Mg-Si合金片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，在Al-Mg-Si合金片表面鍍錫，鍍層厚度為10μm，將鍍錫Al-Mg-Si合金片與AZ91鎂合金片疊放一起，在250℃加壓(20MPa)，保持35分鐘，冷卻后，即得到以錫為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式10將尺寸為10×10×2mm3的鋁片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，0.5克質(zhì)量百分比為Zn+15％Sn+3％Al的鋅錫鋁組合粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在250℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，即得到通過鋅錫鋁為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式11將尺寸為10×10×2mm3的鋁片、10×10×2mm3的AZ91鎂合金片用砂紙磨出新鮮面，0.5克質(zhì)量百分比為Zn+15％Sn+3％Mg的鋅錫鎂組合粉均勻鋪于中間，用石墨粉包埋，在室溫下壓實(shí)，在250℃施加超過鋁、鎂在保溫溫度下的屈服強(qiáng)度的外力(200MPa)下，保持35分鐘，冷卻后，即得到通過鋅錫鎂為中間連接層結(jié)合的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是一種鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金之間通過鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合連接層結(jié)合在一起的復(fù)合材料。
2.按照權(quán)利1所述的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是所述的鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金的形狀為塊體、板材或薄膜材料。
3.按照權(quán)利1所述的耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是所述的連接層的材料為低熔點(diǎn)的鋅、錫、質(zhì)量百分比為Zn+0～30％Sn的鋅錫組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～25Al％的鋅鋁組合、質(zhì)量百分比為Zn+35～55％Mg的鋅鎂組合、質(zhì)量百分比為Sn+0～5％Al的錫鋁組合、質(zhì)量百分比為Sn+0～5％Mg的錫鎂組合、質(zhì)量百分比為Al+30～70％Mg的鋁鎂組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～5％Mg的鋅錫鎂組合、質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～5％Al的鋅錫鋁組合或質(zhì)量百分比為Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg的鋅錫鋁鎂組合。
4.權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是通過在鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金之間添加低熔點(diǎn)連接材料鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合，在溫度為200～500℃，大氣狀態(tài)下施加0～50MPa的恒定壓力或是在有石墨、氧化鋁或氧化鎂等惰性劑包埋的條件下施加0～200MPa的恒定壓力，并保溫20～50分鐘的條件下，形成具有連接層的鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金復(fù)合材料的制備方法。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的低熔點(diǎn)連接材料的熔點(diǎn)低于400℃，鋅錫組合的質(zhì)量配比為Zn+0～30％Sn，鋅鋁組合的配比為Zn+0～25Al％，鋅鎂組合的配比為Zn+35～55％Mg，錫鋁組合的配比為Sn+0～5％Al，錫鎂組合的配比為Sn+0～5％Mg，鋁鎂組合的質(zhì)量配比為Al+30～70％Mg，鋅錫鎂組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～5％Mg，鋅錫鋁組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～5％Al，鋅錫鋁鎂組合的配比為Zn+0～20％Sn+0～4％Al+0～4％Mg。
全文摘要
一種耐腐蝕鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法，屬于材料加工工程領(lǐng)域。具體來講是通過在鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金之間添加熔點(diǎn)較低的鋅、錫或鋅錫鋁鎂之間的相互組合，在溫度為200～500℃，大氣狀態(tài)下施加0～50MPa的恒定壓力或是在有石墨、氧化鋁或氧化鎂等惰性劑包埋的條件下施加0～200MPa的恒定壓力，并保溫20～50分鐘的條件下，形成具有連接層的鎂與鋁、鎂合金與鋁、鎂與鋁合金或鎂合金與鋁合金復(fù)合材料的制備方法。這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗腐蝕、消震性、電磁屏蔽性、可修飾性等性能。這種制備方法工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
文檔編號B32B15/01GK1709688SQ200510012
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者梁偉, 李線絨, 李秀杰, 趙興國, 劉奮成, 薛晉波, 邊麗萍 申請人:太原理工大學(xué)