鎂/鋁/鈦復(fù)合板包覆軋制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明是一種鎂/鋁/鈦復(fù)合板的乳制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂/鋁/鈦復(fù)合板主要應(yīng)用于航天器外層防護(hù)結(jié)構(gòu)(Whipple)中的外層緩沖板，替代傳統(tǒng)單層鋁合金材料，有效保護(hù)航天器，延長(zhǎng)航天器服役壽命。鎂合金密度小，電磁防護(hù)性好;鋁合金塑性優(yōu)良；鈦合金強(qiáng)度高。鎂/鋁/鈦復(fù)合板綜合了三種合金的優(yōu)良特性，具有良好的抗高速?zèng)_擊性能，在受到高速?zèng)_擊時(shí)，板材碎化和霧化，吸收沖擊能量，有效保護(hù)內(nèi)層結(jié)構(gòu)。
[0003]目前已有的金屬層狀復(fù)合板材的制備方法有:乳制復(fù)合法，爆炸復(fù)合法，擴(kuò)散焊接法，反向凝固法等多種方法。爆炸復(fù)合法生產(chǎn)的復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度較高，但是爆炸復(fù)合法生產(chǎn)工藝危險(xiǎn)，不利于自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)散焊接法、反向凝固法等方法生產(chǎn)設(shè)備昂貴且復(fù)雜，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。相對(duì)于其他方法，乳制復(fù)合法產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)與大規(guī)模生產(chǎn)。傳統(tǒng)乳制過(guò)程中，金屬受到乳機(jī)施加的強(qiáng)大壓力而發(fā)生塑性變形，金屬在乳制方向與寬度方向的變形難以受到有效的約束，因此會(huì)造成板材畸形、部分區(qū)域復(fù)合效果不理想甚至不能成功復(fù)合的結(jié)果；另外，現(xiàn)行的乳制復(fù)合方法是把預(yù)處理好的金屬板材直接放到加熱爐中加熱到一定的溫度，在加熱以及后續(xù)加工過(guò)程中，難免會(huì)有雜質(zhì)或有害氣體進(jìn)入預(yù)處理好的待復(fù)合面之間，這也會(huì)降低板材結(jié)合強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鎂/鋁/鈦復(fù)合板的乳制方法，該乳制方法可有效約束金屬在乳制變形過(guò)程中沿乳制方向和寬度方向的變形行為;防止預(yù)熱和乳制過(guò)程中雜質(zhì)侵入待復(fù)合面之間以及避免熱量散失。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種鎂/鋁/鈦復(fù)合板包覆乳制方法，包括以下步驟:
S1)板材退火:將作為復(fù)合板材料的鎂合金板、鋁合金板和鈦合金板，以及作為包覆層的上、下蓋板和邊框進(jìn)行加熱、保溫和自然冷卻；
其中:鎂合金板材尺寸為，長(zhǎng)度180-220mm，寬度120_160mm，厚度(高度)0.6-1.8mm;所述鋁合金板材尺寸為，長(zhǎng)度180-220mm，寬度120-160mm，厚度0.8-2.2mm;所述鈦合金板材尺寸為，長(zhǎng)度180-220mm，寬度120-160mm，厚度0.2-0.8mm;所述上下蓋板尺寸為，長(zhǎng)度、寬度方向超出上述復(fù)合板材10-30mm，厚度0.6-1.6mm;邊框長(zhǎng)度、寬度與上下蓋板尺寸一致，在中部開(kāi)通孔以容納復(fù)合板材料，厚度根據(jù)被包覆復(fù)合板的厚度選擇。
[0006]S2)表面處理:對(duì)鎂合金板、鋁合金板和鈦合金板之間的待復(fù)合面進(jìn)行打磨；
S3)涂抹隔離劑:在上、下蓋板與鎂合金板、鈦合金板之間的接觸面上涂抹隔離劑；
S4)包覆:把鎂合金板、鋁合金板、鈦合金板依次放入邊框內(nèi)，然后將邊框與上、下蓋板焊接成一個(gè)整體； 55)乳制前預(yù)熱:將包覆好的板材放入加熱爐中加熱；
56)乳制復(fù)合:利用乳機(jī)乳制成形；
57)乳后退火:剝開(kāi)包覆層，取出被包覆的鎂/鋁/鈦復(fù)合板并對(duì)其進(jìn)行退火處理。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟S1)中，鎂合金板加熱溫度為300_450°C，保溫時(shí)間為10-60分鐘；鋁合金板加熱溫度為400-600 °C，保溫時(shí)間為60-120分鐘；鈦合金板加熱溫度為300-550°C，保溫時(shí)間為60-120分鐘;包覆層材料加熱溫度為400-800 °C，保溫時(shí)間60-240分鐘。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟S5)中，乳制前預(yù)熱溫度為350-500°C，保溫時(shí)間為10_30分鐘。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟S6)中，乳制速度不小于0.2m/s，乳制壓下量不小于30%。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟S7)中，乳后退火溫度為200-450 °C，退火時(shí)間為30-180分鐘。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟S3)中，選取聚四氟乙烯、石墨粉、普通潤(rùn)滑油和橡膠中的一種作為隔離劑。
[0012]優(yōu)選的，所述鎂合金板選自AZ31、AZ61和AZ80中的一種，所述鋁合金板選自△△1100、厶厶5083、厶厶6061和厶厶7075中的一種，所述鈦合金板選自了厶1、了厶2、1^4、1^6和1'(:10中的一種，所述包覆層選自20鋼、45鋼、AA1100鋁合金和AA6061鋁合金中的一種。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟S2)中，選取鋼刷、砂紙或砂輪進(jìn)行打磨，用酒精或丙酮沖洗打磨后的表面，自然風(fēng)干或者風(fēng)扇吹干。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟S4)中的焊接工藝為非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊或熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊。
[0015]本發(fā)明通過(guò)使用包覆層對(duì)復(fù)合板材料進(jìn)行包覆后乳制即包覆乳制，可以有效約束被包覆的復(fù)合板的變形行為，使包覆層與被包覆的復(fù)合板在乳制過(guò)程中協(xié)同變形，使得復(fù)合板復(fù)合界面平直，提高復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)包覆層可以有效減少雜質(zhì)和有害氣體侵入復(fù)合界面，進(jìn)一步提高復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)，包覆層的使用還可以減慢熱量的快速散失，使得金屬更容易變形，由本方法制得的復(fù)合板的抗拉強(qiáng)度高達(dá)350-450MPa，同時(shí)延伸率可達(dá) 12-25%。
[0016]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟S5)前對(duì)上蓋板上表面的棱邊以及下蓋板下表面的棱邊進(jìn)行倒角。這樣設(shè)置的有益效果是:通過(guò)對(duì)上下蓋板倒角處理，被包覆的復(fù)合板區(qū)域變形量較大，利于復(fù)合板復(fù)合;包覆層四周變形量較小，防止乳制過(guò)程中焊接裂紋開(kāi)裂;而且，倒角部分保證了較厚的包覆板在乳制過(guò)程中順利咬入。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的鎂/鋁/鈦復(fù)合板包覆乳制方法的工藝流程圖；
圖2為對(duì)焊接成整體的板材倒角處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為實(shí)施例1得到的鎂/鋁/鈦復(fù)合板的力學(xué)性能測(cè)試圖；
圖4為實(shí)施例2得到的鎂/鋁/鈦復(fù)合板的力學(xué)性能測(cè)試圖；
圖5為由傳統(tǒng)乳制方法和由本發(fā)明實(shí)施例2得到的鎂/鋁/鈦復(fù)合板在光學(xué)顯微鏡下復(fù)合面形貌對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1 本實(shí)施例的乳制方法包括如下步驟:
S1)板材退火首先，選取材料:
復(fù)合板材料:鎂合金AZ31，規(guī)格(長(zhǎng)X寬X高，下同)200 X 160 X 1.1_;鋁合金AA6061，規(guī)格200 X 160 X 0.9mm;鈦合金 TC4，規(guī)格200 X 160X0.4mm；
包覆層材料:鋁合金AA6061，上下蓋板220 X 180 X 1.1mm，邊框220 X 180X2.4mm,邊框中部開(kāi)200 X 160mm的通孔，將上蓋板上表面的四個(gè)邊以及下蓋板下表面的四個(gè)邊進(jìn)行倒角。
[0019]然后，對(duì)上述材料進(jìn)行退火，具體為:鎂合金板加熱至350oC，保溫30分鐘；鋁合金板加熱至450oC，保溫90分鐘;鈦合金板加熱至500oC，保溫60分鐘，包覆材料450oC，90分鐘。
[0020]S2)使用角磨機(jī)裝配鋼刷對(duì)板材待復(fù)合面即鎂合金板與鋁合金板之間相對(duì)的兩個(gè)表面以及鋁合金板與鈦合金板相對(duì)的兩個(gè)表面進(jìn)行打磨處理，打磨后用酒精沖洗，風(fēng)扇吹干。
[0021]S3)鎂合金板與上蓋板之間的接觸面以及鈦合金板與下蓋板之間的接觸面上涂抹隔離劑。隔離劑可以防止包覆層材料與復(fù)合板的上下表面在乳制過(guò)程中復(fù)合，并且便于分離乳制成形后的包覆層材料與復(fù)合板
S4)將預(yù)處理后的板材依次將鈦合金板、鋁合