專利名稱：一種鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材及其復(fù)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬新材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材，簡稱包鋁鎂板帶。
背景技術(shù)：
由于鎂合金具有輕量化、高強(qiáng)度、耐壓性、散熱佳、抗振動(dòng)、能吸收電磁輻射、80％以上的鎂合金還可再回收利用，對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。在很多領(lǐng)域正在逐漸取代塑膠材料、鋼材和銅鋁材，被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、國防軍工、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、各種家用電器(如電視和空調(diào))、航空航天、交通工具、機(jī)械設(shè)備、通信設(shè)備、辦公設(shè)備、光學(xué)設(shè)備、體育用品等多個(gè)領(lǐng)域，是21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)。鎂合金被稱為“綠色金屬”，隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣泛。
我國的鎂資源十分豐富。菱鎂礦資源總量31.45億t，符合煉鎂要求的I、II級礦占78％。白云石資源遍及全國各省區(qū)。已探明的儲量在40億t以上，青海鹽湖蘊(yùn)藏著氯化鎂32億t，硫酸鎂16億t。較低的投資成本，豐富的煤炭資源，低成本的原料供應(yīng)，以及充裕的勞動(dòng)力優(yōu)勢，都使鎂在中國的生產(chǎn)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和競爭性。我國目前已經(jīng)成為世界上主要的鎂生產(chǎn)國，2005年的原鎂錠產(chǎn)量已超過35萬噸，占全世界鎂產(chǎn)量的70％以上。我國鎂錠大量出口到世界各國，大量低價(jià)原材料沖擊世界市場。另一方面，我國汽車工業(yè)、3C產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)、通訊和消費(fèi)類電子產(chǎn)品)用鎂深加工產(chǎn)品，如鎂型材和鎂板帶材又大量進(jìn)口，特別是板帶材幾乎100％的依靠進(jìn)口，形成了低價(jià)出口，高價(jià)進(jìn)口的惡序循環(huán)。
國家非常重視鎂合金的深加工研究和開發(fā)，在“十五”其間，投資了4000多萬元，組織了21個(gè)省市的眾多研究院所、高等學(xué)校和企業(yè)進(jìn)行了鎂及鎂合金的產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù)研究，雖然突破了一批前沿技術(shù)，培育了幾家鎂合金生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。但在應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛的鎂板帶材的產(chǎn)業(yè)化方面，還有許多關(guān)鍵技術(shù)沒有突破。由于鎂合金具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，對稱性低，室溫下塑性很差、成形困難；另一方面耐腐蝕性能較差，生產(chǎn)過程需要進(jìn)行專門的防腐處理，增加了生產(chǎn)工序和增大成本。因而，鎂板帶材的產(chǎn)業(yè)化還需要解決一系列關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)。為此，國家準(zhǔn)備將鎂板材的研究開發(fā)分為九個(gè)課題列為“十一五”重大攻關(guān)項(xiàng)目。
目前阻礙鎂合金板廣泛應(yīng)用的主要原因1)、鎂為密排六方晶格，室溫下只有單一滑移系{0001}<1120>，鎂合金的室溫塑性變形非常困難，導(dǎo)致軋制過程產(chǎn)生裂邊、壓漏、斷帶等缺陷，因此冷軋鎂及鎂合金板帶材十分困難，這也是目前國內(nèi)外科學(xué)家正在全力攻克的技術(shù)關(guān)鍵所在；2)、二是鎂合金的腐蝕性能很差，鎂的電極電位為-2.37V，是負(fù)電性很強(qiáng)的金屬，在潮濕大氣、海水、無機(jī)酸及鹽類、有機(jī)酸、甲醇等介質(zhì)中均會發(fā)生劇烈的腐蝕；為提高鎂合金的耐腐蝕性，需要對鎂合金表面進(jìn)行防腐蝕處理，如改變合金成分、優(yōu)化熱處理工藝、陽極化、激光表面合金化、表面涂層等，大大增加了鎂合金的加工成本，限制了鎂及鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
正是因?yàn)樯鲜鋈毕莸拇嬖?，使鎂及鎂合金的加工成本比鋁合金高出幾十倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對制約鎂及鎂合金生產(chǎn)和應(yīng)用的兩大關(guān)鍵問題一室溫塑性變形能力低和耐腐蝕性能差，提出一種包鋁鎂板帶及其復(fù)合方法，通過在鎂及鎂合金基材上包覆鋁或鋁合金，利用鋁及鋁合金塑性變形優(yōu)良和很好的耐腐蝕性能來改善鎂的冷軋塑性變形和提高抗腐蝕性能。
本發(fā)明提出的包鋁鎂板帶是其以鎂或鎂合金板、帶或板錠為基材，兩面包覆鋁合金板或帶材，通過熱軋或冷軋塑性變形復(fù)合成的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的包鋁鎂板帶，其鎂及鎂合金基材可選自所有可塑性變形鎂及鎂合金，如純鎂系列合金牌號、Mg-Al系列合金、Mg-Mn系列合金、Mg-Zn系列合金、Mg-Y系列合金、Mg-Re系列合金、Mg-Th系列合金、Mg-Ca系列合金、Mg-Ag系列合金、Mg-Li系列合金、Mg-Cu系列合金等等；以及所有可塑性變形性鎂及鎂合金牌號如中國牌號MB1、MB2、MB3、MB4、MB5、MB6、MB7、MB8、MB14、MB15等，美國牌號M1A、AZ31、AZ61、AZ63、AZ80、ZK31、ZK60、ZK61、ZM21、ZC71等，德國牌號MgMn2、MgAl3Zn、MgAl6Zn3、MgAl8Zn、MgZn6Zr等，英國牌號MAG101、MAG111、MAG121、MAG161，以及日本、俄羅斯、法國等所有變形鎂及鎂合金牌號。
本發(fā)明所述的包鋁鎂板帶，其表面包覆用鋁及合金包括1000系純鋁系列合金、3000(Al-Mn)系列合金、5000(Al-Mg)系列合金、8000(Al-Fe)系列合金。
本發(fā)明所述包鋁鎂板帶的包覆方法初始包覆采用機(jī)械壓力預(yù)焊合或超聲波焊接或氬弧焊接或其它點(diǎn)焊接，其目的是將這三者聯(lián)接在一起，為熱軋或中溫軋制塑性變形焊合做準(zhǔn)備，上述復(fù)合在一起的鎂及鎂合金基包鋁板錠，在加熱爐中加熱至200-520℃后，保溫0.5-24小時(shí)后出爐經(jīng)熱軋大壓力塑性變形焊合在一起。后續(xù)工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝可就本發(fā)明所述的鎂及鎂合金基包覆鋁復(fù)合鎂板帶材。
具體來說，包鋁鎂板帶的復(fù)合方法有二種一種是熱軋塑性變形復(fù)合法，先將鎂及鎂合金鑄造成扁錠，扁錠規(guī)格依據(jù)生產(chǎn)設(shè)備(主要是考慮能通過熱軋機(jī)和冷軋機(jī)來軋制塑性變形)規(guī)格來確定，銑去鎂及鎂合金扁錠表面的鑄造缺陷并清洗干凈備用，用事先準(zhǔn)備的鋁板將前述鎂及鎂合金扁錠包覆在一起，并通過包鋁機(jī)的大壓力將鋁板固定在鎂及鎂合金扁錠上，或通過超聲波焊接或氬弧焊接或其它點(diǎn)焊接，其目的是將這三者聯(lián)接在一起，然后通過加熱爐加熱后再冷軋塑性變形焊合在一起，在加熱爐中加熱至料溫400℃-510℃，保溫0.5-24小時(shí)出爐再熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速度要低于60米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，以防止異物進(jìn)入復(fù)合界面影響焊合，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)工藝按一般鎂及鎂合金板帶材生產(chǎn)工藝進(jìn)行。其特點(diǎn)是板塊式復(fù)合。其要點(diǎn)，包覆用鋁板的規(guī)格不能小于鎂及鎂合金扁錠，長和寬都超出1～100mm；復(fù)合板帶的熱軋總壓下率不能低于50％。
第二種方法是在冷軋機(jī)上中溫軋制塑性變形復(fù)合方法先準(zhǔn)備0.3～6.0mm厚鎂及鎂合金卷帶一卷，0.05～1.2mm厚包覆用鋁及鋁合金卷帶兩卷，用此兩卷鋁及鋁合金卷帶將鎂及鎂合金卷帶一卷帶包覆在中間疊合成一卷，在帶加熱爐的冷軋上中溫疊軋焊合，加熱爐配置在開卷機(jī)與冷軋軋輥之間，加熱爐爐溫控制在100℃-620℃，第一道次軋制時(shí)不能噴射潤滑液或冷卻液，以防止異物進(jìn)入復(fù)合界面影響焊合，軋制速度要低于120米/分，待鎂板帶與鋁板帶焊合后再按一般鎂板冷軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它后續(xù)工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。其特點(diǎn)是卷帶式復(fù)合，可連續(xù)加熱連續(xù)軋制，其要點(diǎn)是包覆用鋁卷比鎂及鎂合金卷帶要寬0～50mm；復(fù)合板帶的總壓下率不能低于50％。
上述發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可減少鎂板帶軋制過程的裂邊、壓漏、擦劃傷、斷帶等缺陷，提高復(fù)合鎂板帶材的冷變形能力，表面包鋁層具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，對鎂合金板起保護(hù)作用，可減少生產(chǎn)過程中對鎂合金板的表面防腐涂層處理過程。


圖1是本鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材是以鎂或鎂合金板、帶或板錠為基材B，上表面和下表面兩面包覆鋁合金板A、C，通過熱軋或冷軋塑性變形復(fù)合而成。包鋁鎂板帶的總厚度為H，其初始厚度為1-500mm，其成品厚度根據(jù)用戶需要來確定，基材Bde厚度為h，上包覆鋁板A和下包覆鋁板C的厚度根據(jù)客戶需要或工藝需要，二者可以是相同厚度，也可以是不相同厚度，其單面厚度為總厚度H的0.5-20％，二者的合金牌號可以是完全相同，也可以不相同，一切以用戶的要求為準(zhǔn)，無要求時(shí)采用相同合金牌號。
復(fù)合方法參見以下實(shí)施例例1AZ31(美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會牌號)基鎂合金包鋁板包覆方法將AZ31鎂合金鑄造成板錠，板錠規(guī)格為30×150×300mm；采用1060鋁合金(狀態(tài)不限)作包覆層，包覆層鋁合金規(guī)格為1×155×310mm，上下表面合金相同，規(guī)格相同，采用超聲波焊接將上述鎂錠和鋁板的邊部點(diǎn)焊在一起，在加熱爐中加熱至400℃-510℃，保溫1-24小時(shí)出爐再經(jīng)熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速度20米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度，后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例2將AZ31鎂合金軋制成2.5mm厚板卷帶，準(zhǔn)備與AZ31卷帶相同寬度0.1mm厚純鋁箔卷帶兩卷備用，兩卷0.1mm純鋁箔將2.5mm厚AZ31鎂合金一卷帶包覆在中間疊合成一卷，在帶加熱爐的雙開卷冷軋上中溫疊軋焊合，加熱爐爐溫控制，100℃-620℃，第一道次軋制時(shí)不能噴射潤滑液或冷卻液，軋制速度40米/分，待鎂板與鋁板焊合后再按一般鎂板冷軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例3MB5(中國變形鎂合金牌號與美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會AZ61A牌號相當(dāng))基鎂合金包鋁板包覆方法將MB5鑄造成板錠，板錠規(guī)格為340×1260×2400mm；采用1060鋁合金(狀態(tài)不限)作包層覆，包覆層鋁合金規(guī)格為20×1300×2450mm，上下表面合金相同，規(guī)格相同，采用起聲波焊接將上述板錠和鋁板的邊部點(diǎn)焊在一起，或機(jī)械壓力預(yù)焊合在一起，在加熱爐中加熱至400℃-510℃，保溫1-24小時(shí)出爐再熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速度30米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例4MB15或ZK60基鎂合金包鋁板包覆方法將MB15或ZK60鑄造成板錠，板錠規(guī)格為300×1060×2000mm；采用3003鋁合金(狀態(tài)不限)作包層覆，包覆層鋁合金規(guī)格為10×1100×2050mm，上下表面合金相同，規(guī)格相同，采用超聲波焊接將上述鎂錠和鋁板的邊部點(diǎn)焊在一起，或機(jī)械壓力預(yù)焊合在一起，在加熱爐中加熱至400℃-510℃，保溫1-24小時(shí)出爐再熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速，30米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例5MB1或A1M1基鎂合金包鋁板包覆方法將MB1或A1M1鑄造成板錠，板錠規(guī)格為340×1060×2000mm；一面采用1050鋁合金(狀態(tài)不限)，另一面采用3003作包層覆，包覆層鋁合金規(guī)格是4×1100×2050mm，上下表面合金不相同，規(guī)格相同，采用起聲波焊接將上述鎂錠和鋁板的邊部點(diǎn)焊在一起，或機(jī)械壓力預(yù)焊合在一起，在加熱爐中加熱至400℃-510℃，保溫1-24小時(shí)出爐再熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速度35米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例6ZM21基鎂合金包鋁板包覆方法將ZM21鑄造成板錠，板錠規(guī)格為240×1060×2000mm；一面采用1050鋁合金(狀態(tài)不限)，包覆層鋁合金規(guī)格是10×1100×2050mm，另一面采用3003作包層覆，規(guī)格是6×1100×2050mm，上下表面合金不同，規(guī)格不相同，采用起聲波焊接將上述鎂錠和鋁板的邊部點(diǎn)焊在一起，或機(jī)械壓力預(yù)焊合在一起，在加熱爐中加熱至400℃-510℃，保溫1-24小時(shí)出爐再熱軋塑性變形焊合。注意第一道次軋制速，30米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
例7MB7或AZ80A基鎂合金包鋁板包覆方法將MB7或AZ80A鎂合金按一般鎂合金板材生產(chǎn)工藝軋制成厚度為4.0×1060×卷(mm)，準(zhǔn)備0.2×1060×卷(mm)鋁箔卷帶兩卷備用，兩卷0.2×1060×卷(mm)鋁箔將4.0×1060×卷(mm)厚MB7或AZ80A鎂合金一卷帶包覆在中間疊合成一卷，在帶加熱爐的雙開卷冷軋上中溫疊軋塑性變形焊合。加熱爐爐溫控制在400℃-620℃，第一道次軋制時(shí)不能噴射潤滑液或冷卻液，軋制速度60米/分，待鎂板與鋁板焊合后再按一般鎂板冷軋工藝軋至目標(biāo)厚度。后續(xù)其它工藝按用戶要求同一般鎂合金板生產(chǎn)工藝。
權(quán)利要求
1.一種鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材，其特征在于其是以鎂或鎂合金板帶為基材，兩面包覆鋁合金板帶材，通過熱軋或冷軋塑性變形復(fù)合成的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材，其特征在于基材鎂或鎂合金板帶的合金系列選自純鎂系列合金牌號、Mg-Al系列合金、Mg-Mn系列合金、Mg-Zn系列合金、Mg-Y系列合金、Mg-Re系列合金、Mg-Th系列合金、Mg-Ca系列合金、Mg-Ag系列合金、Mg-Li系列合金或Mg-Cu系列合金；所述包鋁層合金牌號選自1000系純鋁系列合金、3000(Al-Mn)系列合金、5000(Al-Mg)系列合金或8000(Al-Fe)系列合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材，其特征在于兩面包鋁合金板帶材的厚度相同或不相同，其單面厚度控制在總厚度H的0.5～20％，兩面的合金牌號完全相同或不相同。
4.制備權(quán)利要求1、2或3所述鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材的復(fù)合方法，其特征在于制備板帶材采用熱軋塑性變形復(fù)合法，先將鎂或鎂合金板或板錠和鋁合金板按順序放置，采用機(jī)械壓力預(yù)焊合、超聲波焊接、氬弧焊接或其它點(diǎn)焊接將這三者聯(lián)接在一起，然后通過加熱爐加熱至料溫400℃-510℃，保溫0.5-24小時(shí)后出爐再熱軋塑性變形焊合在一起；在第一道次軋制速度要低于60米/分，且軋制過程中不能噴射潤滑液，以防止異物進(jìn)入復(fù)合界面影響焊合，待鎂合金與包覆層鋁板完全焊合后再按正常鎂合金板的熱軋工藝軋至目標(biāo)厚度；其中，包覆用鋁合金板或帶材的長和寬都超出鎂及鎂合金基材1～100mm，復(fù)合板帶的熱軋總壓下率要高于或等于50％。
5.制備權(quán)利要求1、2或3所述鎂基包覆鋁材復(fù)合鎂板帶材的復(fù)合方法，其特征在于制備帶材采用冷軋中溫軋制塑性變形復(fù)合法，先用兩卷鋁及鋁合金卷帶將一卷鎂合金卷帶包覆在中間疊合成一卷，在帶加熱爐的冷軋上中溫疊軋焊合，加熱爐配置在開卷機(jī)與冷軋軋輥之間，加熱爐爐溫控制在100℃-620℃，連續(xù)加熱連續(xù)軋制，第一道次軋制時(shí)不能噴射潤滑液或冷卻液，以防止異物進(jìn)入復(fù)合界面影響焊合，軋制速度要慢，低于120米/分，待鎂板帶與鋁板帶焊合后再按一般鎂板冷軋工藝軋至目標(biāo)厚度；其中包覆用鋁卷比鎂及鎂合金卷帶要寬0～50mm；復(fù)合板帶的總壓下率要高于或等于50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂基包覆鋁復(fù)合鎂板帶材，是以鎂板或鎂板錠作基材，在板的兩表面包覆鋁板，通過熱軋塑性變形焊合為復(fù)合鎂板材，或在加熱爐上冷軋上通過中溫塑性變形復(fù)合為鎂板帶材。所采用基材鎂板或鎂錠的合金包括所有可塑性變形鎂及鎂合金，牌號包括所有可塑性變形鎂及鎂合金牌號；所包覆的鋁板材為1000系純鋁或Al－Mg系鋁合金或Al－Mn系鋁合金或Al－Fe－Si－Mg(Zn或Cu)系包鋁合金；所述包覆鋁板材的單面厚度為總厚度的0.5－20％。其優(yōu)點(diǎn)是可提高復(fù)合鎂板帶材的冷變形能力，表面包鋁具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，對鎂合金板起保護(hù)作用，可減少生產(chǎn)過程中對鎂合金板的表面防腐涂層。
文檔編號C22C23/00GK101049745SQ20071007846
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者蔣顯全, 張秀錦 申請人:西南大學(xué)