本發(fā)明涉及一種金屬疊層復(fù)合板材及其制備方法，屬于復(fù)合金屬板材領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬疊層復(fù)合材料是利用復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)性能不同的金屬層牢固結(jié)合在一起而獲得的一種新型材料。它傳承了各組元的優(yōu)良性能，彌補(bǔ)了各組元的不足，其優(yōu)異的綜合性能是任一單一組元都不能比擬的。金屬層狀復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、比模量；優(yōu)良的耐高溫性能，而且能在高溫、氧化性氣氛中正常工作；耐磨，導(dǎo)熱性好，熱膨脹小，尺寸穩(wěn)定；成本低廉，適用于批量生產(chǎn)。現(xiàn)在層狀金屬材料的制備方法，有爆炸焊接復(fù)合、軋制復(fù)合和爆炸－軋制復(fù)合等幾種主流的加工制備方法，這里主要介紹一下軋制復(fù)合的方法。軋制復(fù)合法的復(fù)合機(jī)理是：在軋制壓力作用下，金屬待復(fù)合表面產(chǎn)生大塑性變形，迫使表面的硬化層破裂，新鮮而活化的金屬從待復(fù)合表面的裂縫中擠出，從而能夠獲得牢固結(jié)合界面的一種復(fù)合工藝。傳統(tǒng)軋制復(fù)合工藝最主要的三個步驟是：表面預(yù)處理，軋制復(fù)合，軋后熱處理。
在軋制復(fù)合工藝中，對待復(fù)合金屬的表面處理是軋制復(fù)合能夠成功的重要步驟。表面處理包括表面預(yù)處理和表面毛化處理。表面預(yù)處理由脫脂、清洗和烘干組成。通常為避免銹蝕，復(fù)合金屬帶表面往往涂有油脂，而金屬的表面油污若不去除，不僅會影響復(fù)合面的結(jié)合，更重要的是在軋后擴(kuò)散熱處理時，會生成氣泡，使復(fù)合金屬的結(jié)合面脫離。一般用堿性溶液進(jìn)行脫脂，清洗、烘干后方可進(jìn)入軋制線。表面毛化處理即是對金屬復(fù)合表面進(jìn)行磨削或打磨，即去除了金屬表面氧化層外，同時使金屬表面具有一定的粗糙度。
但是，在酸洗和堿洗的過程中有大量酸洗和堿洗廢水產(chǎn)生，酸洗廢水呈酸性、堿洗廢水呈堿性，且其中含有大量的鐵、錳等污染物質(zhì)，對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染性，必須經(jīng)過合理有效的工藝進(jìn)行處理才能排放。但對酸堿廢液的清潔處理，勢必會增加生產(chǎn)的成本，且環(huán)保處理的成本遠(yuǎn)高于去污處理的成本。另外，經(jīng)酸洗和堿洗過的金屬表面，或存在一定的酸性和堿性殘留物，很難完全洗掉，帶有酸性和堿性殘留物的金屬板在正常服役時，隨著時間的推移，酸性和堿性殘留物會促使疊層復(fù)合金屬板復(fù)合界面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，會促使結(jié)合面結(jié)合強(qiáng)度的減弱，存在一定的安全隱患。酸洗和堿洗的過程雖然可以去除油污，但隨之也帶來了環(huán)保問題和長期服役時存在的安全隱患，所以開發(fā)更加環(huán)保、安全、方便的金屬表面處理方法很重要。
等離子體技術(shù)在本世紀(jì)60年代起就開始應(yīng)用于化學(xué)合成、薄膜制備、表面處理和精細(xì)化工等領(lǐng)域，在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路工藝干法化、低溫化方面，近年來也開發(fā)應(yīng)用了等離子體聚合、等離子體蝕刻、等離子體灰化及等離子體陽極氧化等全干法工藝技術(shù)。等離子清洗技術(shù)也是工藝干法化的進(jìn)步成果之一。等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。從目前各類清洗方法來看，可能等離子體清洗也是所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗。由于等離子清洗機(jī)可采用壓縮空氣作為氣源，產(chǎn)生等離子焰，所以不會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生其他影響，不僅環(huán)保，而且無需進(jìn)行后續(xù)其他處理，且可以獲得更加清潔的金屬表面。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種制備金屬疊層復(fù)合板材，該復(fù)合板材具有高的結(jié)合強(qiáng)度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備金屬疊層復(fù)合板材的方法，以提高軋制復(fù)合板結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度，同時簡化現(xiàn)有的軋制復(fù)合工藝流程。
本發(fā)明的目的是按如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種金屬疊層復(fù)合板材，所述金屬板材待復(fù)合表面進(jìn)行去污處理，去污處理步驟為：等離子清洗→磨砂→等離子清洗。
優(yōu)選的，所述金屬板材待復(fù)合表面進(jìn)行去污前需進(jìn)行均勻化退火處理。所述均勻化退火處理，當(dāng)金屬板的材質(zhì)為鋼時，其退火溫度為640～680℃，退火時間為30min；當(dāng)金屬板的材質(zhì)為銅時，其退火溫度為450℃～500℃，退火時間為30min；當(dāng)金屬板的材質(zhì)為鋁時，其退火溫度為280℃～320℃，退火時間為30min。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述等離子清洗的氣源為空氣，工作氣壓范圍：0.05MPa～0.5MPa，輸出功率為300W～900W，清洗時間為2min。
本發(fā)明一種金屬疊層復(fù)合板材的制備方法，包括如下步驟：
1）對預(yù)軋制的板材進(jìn)行均勻化退火處理；
2）對經(jīng)過均勻化退火處理的金屬板材表面進(jìn)行等離子清洗，再用不銹鋼鋼絲刷打磨板材的待復(fù)合表面，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面；
3）將金屬板疊層固定好后進(jìn)行熱軋或冷軋，在一定的壓下量下制備出金屬疊層復(fù)合板材；
4）對軋制后的復(fù)合板材進(jìn)行擴(kuò)散退火處理。
優(yōu)選的，在步驟1）中，當(dāng)金屬板的材質(zhì)為鋼時，其退火溫度為640～680℃，退火時間為30min；當(dāng)金屬板的材質(zhì)為銅時，其退火溫度為450℃～500℃，退火時間為30min；當(dāng)金屬板的材質(zhì)為鋁時，其退火溫度為280℃～320℃，退火時間為30min。
優(yōu)選的，在步驟2）中，所述等離子清洗的氣源為空氣，工作氣壓范圍：0.05MPa～0.5MPa，輸出功率為300W～900W，清洗時間為2min。
優(yōu)選的，在步驟3）中，金屬板的固定采用鉚接或焊接；冷軋或熱軋時至少經(jīng)一道次軋制，第一道次軋制壓下量至少為50%，總壓下量控制在55%～70%之間。
優(yōu)選的，在步驟4）中，復(fù)合金屬板材的擴(kuò)散退火溫度為450～550℃，退火時間為10~30min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）本發(fā)明采用等離子清洗的方法處理金屬表面，選擇空氣作為等離子清洗氣源，工作氣壓范圍：0.05MPa～0.5MPa，輸出功率為300W～900W，清洗時間為2min，去除油污的效果不但好于酸洗和堿洗，而且方法更加快捷方便，且不會產(chǎn)生工業(yè)廢液，而且與處理廢液所需的成本相比，添置等離子清洗機(jī)等設(shè)備的成本并不高。
2）本發(fā)明采用等離子清洗的方法處理金屬表面，再用不銹鋼鋼絲刷打磨板材的待復(fù)合表面，繼續(xù)用等離子清洗金屬表面，能夠得到合適的表面粗糙度，使得在復(fù)合軋制過程中參與復(fù)合的金屬板的結(jié)合表面產(chǎn)生機(jī)械嵌合，軋后再經(jīng)恰當(dāng)?shù)臒崽幚?，基板與復(fù)合金屬板可以有機(jī)地成為一體，大幅提高軋制復(fù)合板結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例以鋁鋁、銅鋁、銅鋼、鋁鋼疊層復(fù)合金屬板材為例，但本發(fā)明不限與以下幾種實(shí)施例。
實(shí)施例1
步驟1）備料：準(zhǔn)備兩塊寬度為60mm的鋁板，為固定方便，可在兩塊鋁板一端打兩個孔；另外需在鋁板咬入端與軋輥接觸面加工出傾斜度為200~400的咬入角，以便于軋輥咬合軋制；為使鋁板成分更加均勻，需在軋制前對鋁板進(jìn)行退火處理，鋁板的退火溫度及時間為 300℃，30min；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為500W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.3MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例2
步驟1）備料同實(shí)施例1；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為600W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.3MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一道次軋制壓下量為60%，通過二道次軋制將總壓下量控制在70%左右；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例3
步驟1）的備料同實(shí)施例1；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為750W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.3MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一道次軋制壓下量為70%；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為10min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷；
實(shí)施例4
步驟1）備料：準(zhǔn)備兩塊寬度為60mm的金屬板，分別為鋁板和銅板；在鋁板咬入端與軋輥接觸面加工出傾斜度為200~400的咬入角，以便于軋輥咬合軋制；為使鋁板和銅板的成分更加均勻，需在軋制前對鋁板和銅板進(jìn)行退火處理，銅板的退火溫度及時間為450℃，30min，鋁板的退火溫度及時間為 300℃，30min；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板和銅板待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板和銅板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為500W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.4MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例5
步驟1）的備料與實(shí)施例4；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板和銅板待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板和銅板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為600W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.4MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一道次軋制壓下量為60%，通過二道次軋制將總壓下量控制在70%左右；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例6
步驟1）的備料同實(shí)施例4；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板和銅板待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板和銅板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為750W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.4MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，軋制壓下量控制在70%左右；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例7
步驟1）和步驟2）同實(shí)施例1；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料在400℃溫度下預(yù)熱，送入軋機(jī)，進(jìn)行熱軋，軋制壓下量在60%左右；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例8
步驟1）和步驟2）同實(shí)施例1；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料在450℃溫度下預(yù)熱，送入軋機(jī)，進(jìn)行熱軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例9
步驟1）備料：準(zhǔn)備兩塊寬度為60mm的金屬板，分別為鋁板和鋼板；在鋁板和鋼板咬入端與軋輥接觸面加工出傾斜度為200~400的咬入角，以便于軋輥咬合軋制；為使鋁板和鋼板的成分更加均勻，需在軋制前對鋁板和鋼板進(jìn)行退火處理，鋼板的退火溫度及時間為640℃，30min，鋁板的退火溫度及時間為 300℃，30min；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板材和鋼板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板和鋼板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為500W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.5MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
實(shí)施例10
步驟1）備料：準(zhǔn)備兩塊寬度為60mm的金屬板，分別為銅板和鋼板；在銅板和鋼板咬入端與軋輥接觸面加工出傾斜度為200~400的咬入角，以便于軋輥咬合軋制；為使銅板和鋼板的成分更加均勻，需在軋制前對銅板和鋼板進(jìn)行退火處理，鋼板的退火溫度及時間為640℃，30min，銅板的退火溫度及時間為450℃，30min；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對銅板和鋼板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將銅板和鋼板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面，使表面處于活化狀態(tài)，易于進(jìn)行金屬板復(fù)合，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為500W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.5MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
對比例1
對比例1在金屬板材待復(fù)合表面的處理過程中，未繼續(xù)用等離子清洗待復(fù)合表面。其余同實(shí)施例1。具體步驟為：
步驟1）備料：準(zhǔn)備兩塊寬度為60mm的鋁板，為固定方便，可在兩塊鋁板一端打兩個孔；另外需在鋁板咬入端與軋輥接觸面加工出傾斜度為200~400的咬入角，以便于軋輥咬合軋制；為使鋁板成分更加均勻，需在軋制前對鋁板進(jìn)行退火處理，鋁板的退火溫度及時間為300℃，30min；
步驟2）表面處理：用等離子清洗機(jī)對鋁板材待復(fù)合表面進(jìn)行清洗，去掉坯料表面的油污，用鐵絲刷將鋁板表面進(jìn)行打磨處理，將表面磨砂，等離子發(fā)生器的功率設(shè)置為500W，進(jìn)氣氣壓設(shè)置為0.3MPa，清洗時間為2min；
步驟3）復(fù)合軋制：將固定在一起的板料送入軋機(jī)，進(jìn)行冷軋，一次壓下60%左右的壓下量；
步驟4）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火時間為30min，退火溫度為450℃，冷卻方式為爐冷。
表1為實(shí)施例1和對比例1經(jīng)軋后擴(kuò)散退火的鋁鋁疊層復(fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度對比。
表1