專利名稱：超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎂/鈦層狀復合板材的制備方法。
背景技術：
鎂及鎂合金存在低彈性模量、低強度、室溫成形能力差及耐蝕性差的缺點， 所以采用硬質金屬相作為鎂及鎂合金的增強相可在提高其彈性模量和強度的
同時，保持較高的塑性；其中鈦及鈦合金由于具有低密度、高比剛度、高比強 度、優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和塑性變形能力，是鎂及鎂合金的最佳增強金屬之 一。目前的鈦增強鎂基復合材料主要采用粉末冶金法制備，制備工藝較復雜， 成本較高，但由于鈦顆粒彌散分布于鎂基體中，制備的純鈦顆粒增強鎂基復合 材料的耐蝕性較差，抗拉強度小于300MP9，屈服強度小于200MPa，延伸率 小于10%。
層狀復合材料具有經(jīng)濟性和功能性兼?zhèn)涞奶攸c，正在各個領域廣泛應用， 且層狀復合材料的制備工藝相對簡單，但是目前有采用擴散焊接法或鑄造復合 法制備鎂/鈦層狀復合材料，但是由于鎂和鈦的熔點相差很大，且二者固、液 態(tài)下的固溶度極低，互擴散能力差，且鎂和鈦的化學活性大，使界面產(chǎn)生大量 的氧化物，連接后所得鎂/鈦層狀復合材料界面結合較差，導致復合材料性能 差。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有制備鎂/鈦復合材料的工藝較復雜、成本較高、 材料的耐蝕性較差、抗拉強度小、屈服強度小、延伸率低及制備鎂/鈦層狀復 合材料時界面結合較差的問題，而提供一種超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備 方法。
本發(fā)明中超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法按以下步驟實施 一、對 鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板表面進行清理；二、將清理后的鎂或鎂合金板與 鈦或鈦合金板以2+m形式交替疊放；三、將疊放好的復合板材置于電阻爐中， 在200 400。C的條件下保溫5 60min進行退火處理；四、取出退火后的復合板材置于軋機上，在25 50(TC的條件下，以50%的道次壓下量進行軋制；五、 將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛刺，然后重復操作步驟一到步驟 四進行n道次累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板材置于電阻爐中，在100 50(TC條件下保溫5 120min進行退火處理，即得超細晶鎂/鈦層狀復合板材； 步驟二中m》0;步驟二中鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板單層厚度比為l 100: 1;步驟二中疊放后復合板材的厚度小于20mm;步驟五中n^h步驟五中最后一次疊軋時，最外側兩端的板材均為鈦或鈦合金板。本發(fā)明采用累積疊軋(ARB)這種劇烈塑性變形工藝，將鎂/鈦復合板材的晶 粒度細化至亞微米量級；鈦-鎂之間不形成化合物，因此在疊軋過程中不會在 界面出現(xiàn)影響材料板材性能的化合物；鎂和鈦相互的固溶度很低，但經(jīng)ARB 劇烈塑性變形后，鎂和鈦的相互固溶度會顯著增加，增加了鎂/鈦界面的結合 強度，顯著提高了材料的性能；由于鎂和鈦具有不同的硬度和變形能力，疊軋 時的板材間的約束作用，以及獲得的超細化晶粒使得ARB板材中鎂的織構不 同于常規(guī)軋制織構，基面織構弱化，因此ARB變形后，鎂合金的力學性能和 變形能力的各向異性顯著降低，復合板材的性能明顯提高。本發(fā)明的鎂/鈦層 狀復合材料的性能可以通過調整原材料Mg板和Ti板的成分、厚度以及疊層 的順序和數(shù)目進行設計，以滿足實際應用需求。本發(fā)明的制備工藝簡單，所采 用的均屬于常規(guī)設備，成本低廉；制備的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的耐腐性 較好、抗拉強度為300 600MPa、屈服強度為200 400MPa、延伸率為10% 30%。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法按以 下步驟實施 一、對鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板表面進行清理；二、將清理 后的鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板以2+m形式交替疊放；三、將疊放好的復合板材置于電阻爐中，在M0 400。C的條件下保溫5 60min進行退火處理； 四、取出退火后的復合板材置于軋機上，在25 50(TC的條件下，以50%的道 次壓下量進行軋制；五、將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛剌，然 后重復操作步驟一到步驟四進行n道次累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板 材置于電阻爐中，在100 50(TC的條件下保溫5 120min進行退火處理，即5得超細晶鎂/鈦層狀復合板材；步驟二中m》0;步驟二中鎂或鎂合金板與鈦或 鈦合金板單層厚度比為1 100:1;步驟二中疊放后復合板材的厚度小于 20mm;步驟五中n》l;步驟五中最后一次疊軋時，最外側兩端的板材均為鈦 或鈦合金板。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟一中所用鈦 或鈦合金板為商業(yè)純鈦、a型鈦合金、e型鈦合金或a+P型鈦合金。其它步 驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
本實施方式步驟一中所用鎂或鎂合金板為所有可塑性變形的商業(yè)純鎂及 鎂合金板；所用的商業(yè)純鈦包括TA0 TA3型，a型鈦合金包括TA4 TA8 型，e型鈦合金包括TB2型，a + e型鈦合金包括TCl TC4型，a+P型欽 合金包括TC6 TC10型。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟一中對鎂或 鎂合金板與鈦或鈦合金板表面進行清理，首先用丙酮溶液擦洗鎂或鎂合金板與
鈦或鈦合金板表面，再將鎂或鎂合金板放入NaOH溶液中清洗10 30min，再 用去離子水沖洗干凈，晾干；將鈦或鈦合金板放入HN03與HF混合溶液中清 洗10 20min，再用離子水沖洗干凈，晾干；然后用鋼絲刷對晾干后的鎂或鎂 合金板與鈦或鈦合金板進行表面打磨。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相 同。
本實施方式中NaOH溶液為任意濃度；HN03與HF混合溶液中HN03與 HF為任意濃度比。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中鎂或鎂 合金板厚度為1 5mm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中步驟二 中鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板厚度比為45 : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一相伺。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中將疊放
后的板材進行固定。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
本實施方式中固定采用鉚接；進行畫定是為防止由于異質材的變形能力不
同導致軋制時板材之間分離。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟三中在300
°C的條件下保溫8min進行退火處理。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟四中在300 。C的條件下，以50%的道次壓下量進行軋制。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟五中n道次 累積疊軋后，累積應變量為sn=0.8n。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
本實施方式中累積應變量越大，則鎂/鈦復合板材的晶粒度細化越好，兩 種合金不形成化合物，因此在疊軋過程中不會在界面出現(xiàn)影響板材性能的化合 物。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟六中在300 'C的條件下保溫10min進行退火處理。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相 同。
本實施方式進行退火處理是為了消除軋制過程中產(chǎn)生的應力，促進鎂或鎂 合金板以及鈦或鈦合金板間的擴散結合，提高層間結合強度。
具體實施方式
十一本實施方式超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法按 以下步驟實施 一、對商業(yè)純鎂熱軋板和冷軋純鈦板TA1表面進行清理；二、
將清理后的鎂板及鈦板以2+m形式交替疊放；三、將疊放好的復合板材置于 電阻爐中，在30(TC的條件下保溫10min進行退火處理；四、取出退火后的復 合板材置于軋機上，在30(TC的條件下，以50%的道次壓下量進行軋制；五、 將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛刺，然后重復操作步驟一到步驟 四進行n道次累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板材置于電阻爐中，在200 'C的條件下保溫40min進行退火處理，即得超細晶鎂/鈦層狀復合板材；步驟 二中m=0;步驟二中鎂或鎂合金板以及鈦或鈦合金板厚度比為1 : l;步驟二 中疊放后復合板材的厚度小于20mm;步驟五中11=4;步驟五中最后一次疊軋 時，最外側兩端的板材均為鈦板。
本實施方式所得超細晶鎂/鈦層狀復合板材的抗拉強度為400MPa、屈服強 度為340MPa、延伸率為22%。
具體實施方式
十二本實施方式超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法按以下歩驟實施: 一、對熱軋鎂合金板AZ31和冷軋鈦合金板TC4表面進行清理; 二、將清理后的鎂合金板及鈦合金板以2+m形式交替疊放；三、將疊放好的 復合板材置于電阻爐中，在250'C的條件下保溫10min進行退火處理；四、取 出退火后的復合板材置于軋機上，在250'C的條件下，以50%的道次壓下量進 行軋制；五、將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛刺，然后重復操作 步驟一到步驟四進行n道次累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板材置于電阻 爐中，在15(TC的條件下保溫30min進行退火處理，即得超細晶鎂/鈦層狀復合 板材；步驟二中m-2;步驟二中鎂或鎂合金板以及鈦或鈦合金板厚度比為5 : 1;步驟二中疊放后復合板材的厚度小于20mm;步驟五中n=8;步驟五中最 后一次疊軋時，最外側兩端的板材均為鈦合金板。
本實施方式所得超細晶鎂/鈦層狀復合板材的抗拉強度為520MPa、屈服強 度為380MPa、延伸率為28%。
權利要求
1、超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征在于超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法按以下步驟實施一、對鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板表面進行清理；二、將清理后的鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板以2+m形式交替疊放；三、將疊放好的復合板材置于電阻爐中，在200～400℃的條件下保溫5～60min進行退火處理；四、取出退火后的復合板材置于軋機上，在25～500℃的條件下，以50％的道次壓下量進行軋制；五、將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛刺，然后重復操作步驟一到步驟四進行n道次累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板材置于電阻爐中，在100～500℃的條件下保溫5～120min進行退火處理，即得超細晶鎂/鈦層狀復合板材；步驟二中m≥0；步驟二中鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板單層厚度比為1～100∶1；步驟二中疊放后復合板材的厚度小于20mm；步驟五中n≥1；步驟五中最后一次疊軋時，最外側兩端的板材均為鈦或鈦合金板。
2、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟一中所用鈦或鈦合金板為可變形商業(yè)純鈦、a型鈦合金、e型鈦合金 或a + P型鈦合金。
3、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟一中對鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板表面進行清理，首先用丙酮溶液 擦洗鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板表面，再將鎂或鎂合金板放入NaOH溶液中 清洗10 30min，再用去離子水沖洗干凈，晾干；將鈦或鈦合金板放入HN03 與HF混合溶液中清洗10 20min，再用去離子水沖洗干凈，晾干；然后用鋼 絲刷對晾干后的鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板進行表面打磨。
4、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟二中鎂或鎂合金板單層厚度為1 5mm。
5、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟二中鎂或鎂合金板與鈦或鈦合金板厚度比為45 : 1。
6、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟二中將疊放后的板材進行固定。
7、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征在于步驟三中在30(TC的條件下保溫8min進行退火處理。
8、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟四中在30(TC的條件下，以50%的道次壓下量進行軋制。
9、 根據(jù)權利要求l所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特征 在于步驟五中n道次累積疊軋后，累積應變量為sn=0.8n。
10、 根據(jù)權利要求1所述的超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，其特 征在于步驟六中在30(TC的條件下保溫10min進行退火處理。
全文摘要
超細晶鎂/鈦層狀復合板材的制備方法，它涉及一種鎂/鈦層狀復合板材的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有制備鎂/鈦復合材料的工藝較復雜、成本較高、材料的耐蝕性較差及制備鎂/鈦層狀復合材料時界面結合較差的問題。本發(fā)明的步驟如下一、對金屬材料表面進行清理；二、進行疊放；三、將疊放好的板材進行退火處理；四、退火后的板材進行軋制；五、將軋制后的板材切成等同的兩部分，切邊去毛刺，然后重復操作步驟一到步驟四進行累積疊軋；六、將累積疊軋所得復合板材進行退火處理，即得超細晶鎂/鈦層狀復合板材。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、成本低廉、所得材料的耐蝕性好，界面結合較好。
文檔編號C23G1/22GK101244429SQ200810064179
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權日2008年3月26日
發(fā)明者佟立波, 昆 吳, 海 常, 鄭明毅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學