一種鎂鋁復(fù)合板的制備方法
【專利摘要】一種鎂鋁復(fù)合板的制備方法，本發(fā)明涉及一種對壓鑄鎂合金表面進(jìn)行防腐蝕的預(yù)處理方法。其特征在于：該方法包括以下酸洗、磷化、成膜三個(gè)步驟：將預(yù)處理的鎂合金在酸溶液中浸泡25-30秒，待合金發(fā)出金屬色澤后用清水沖洗；將酸洗后的鎂合金在NaOH、Na3PO4和Na3SiO4的混合溶液中處理5-15分鐘，將經(jīng)過酸洗、磷化之后的鎂合金放入到Na2O2溶液中處理成膜。該方法工藝簡單，成本較低，防腐蝕效果良好，既可以為鎂合金壓鑄件后續(xù)表面處理提供良好的腐蝕底層，也可以直接使用。
【專利說明】一種鎂鋁復(fù)合板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，特別涉及鎂鋁金屬復(fù)合板制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金是當(dāng)今最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程金屬材料之一。鎂不但是最輕的結(jié)構(gòu)用金屬，而且與其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比，鎂和鎂合金具有比強(qiáng)度高、比剛度高、阻尼減震性能和電磁屏蔽性能強(qiáng)、能承受較大的沖擊振動(dòng)負(fù)荷等特點(diǎn)，因此鎂合金被廣泛地應(yīng)用在交通工具、電子工業(yè)產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域，是繼鋼鐵和鋁合金之后發(fā)展起來的第三大類金屬結(jié)構(gòu)材料。但是在很長一段時(shí)間，鎂合金的應(yīng)用發(fā)展緩慢。其主要制約因素是鎂合金的加工變形能力差、耐腐蝕能力低。鎂具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，因此塑性變形能力差，很難加工成板、帶、型、棒材。另外，鎂元素非?；顫?，容易同空氣中的氧反應(yīng)生成氧化鎂，而且氧化膜疏松，因此鎂合金耐腐蝕能力低。這些都使鎂合金的應(yīng)用受到限制。
[0003]為了解決上面的問題，各國的科研工作者做了很多的嘗試，目前人們非常感興趣一種方法是在鎂合金表面包覆鋁的鎂鋁復(fù)合板制備技術(shù)。由于鋁合金具有塑性好、耐腐蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此將鋁包覆在鎂合金的外表面，一方面，能夠阻止鎂合金與環(huán)境的腐蝕介質(zhì)直接接觸，給與鎂合金有效的腐蝕防護(hù)；另一方面，在鎂合金表面形成負(fù)拉應(yīng)力，減少鎂合金在變形過程中表面小裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而提高鎂合金的加工變形能力。雖然關(guān)于制造鎂鋁復(fù)合板制備技術(shù)的發(fā)明專利在國內(nèi)外已有一些申請或已經(jīng)授權(quán)，但到目前為止，這些方法都很難被鎂合金制造企業(yè)所接受。關(guān)鍵的原因是在鎂鋁復(fù)合板的界面結(jié)合面上不可避免地存在高硬度的脆性Mg-Al系金屬間化合物相。這些金屬間化合物相大大地降低了Mg/ Al異種金屬結(jié)合面的塑韌性和結(jié)合強(qiáng)度，嚴(yán)重地惡化了鎂鋁復(fù)合板的成形性，因而極大地限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種鎂合金壓鑄件表面預(yù)處理方法，其目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的對環(huán)境危害較大、操作繁瑣等不足，提供一種更為綠色、簡單可行的鎂合金壓鑄件表面防腐蝕預(yù)處理方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)施的:
一種鎂合金壓鑄件表面預(yù)處理方法，其特征在于:該方法包括以下酸洗、磷化、成膜三個(gè)步驟:
(1)、酸洗:將預(yù)處理的鎂合金在酸溶液中浸泡25-30秒，待合金發(fā)出金屬色澤后用清水沖洗;酸溶液為H2SO4和H3PO4的混合液，H2SO4 =H3PO4=I:3 ；
(2)、磷化:將酸洗后的鎂合金在Na0H、Na3P04和Na3SiO4的混合溶液中處理5_15分鐘，混合溶液中按體積比為 NaOH =Na3PO4:Na3Si04=30-35: 40-60: 20-30 ；
(3)、成膜:將經(jīng)過酸洗、磷化之后的鎂合金放入濃度為25-40g/L的Na2O2溶液中處理成膜。[0006]優(yōu)點(diǎn)及效果:鑒于以上，本發(fā)明提供了一種結(jié)合熱噴涂技術(shù)的軋制鎂鋁復(fù)合板制造工藝。本發(fā)明的熱噴涂預(yù)置釬料熱軋制備鎂鋁復(fù)合板技術(shù)利用電弧噴涂或火焰噴涂方法，預(yù)先在覆板或基板的待結(jié)合面上均勻地噴涂一層很薄的釬料，然后通過加熱軋制；釬料層熔化，在相對較小的變形量條件下，使復(fù)合板的覆板與基板可靠地結(jié)合在一起。釬料不但作為兩個(gè)異種材料連接的可靠過渡層，還可以在加熱過程中對覆板或基板給予有效的氧化防護(hù)。而且，由于在鎂鋁復(fù)合板的界面結(jié)合面上形成多元合金過渡層，避免了鎂合金與鋁的直接接觸，避免了高硬度的脆性二元Mg-Al金屬間化合物相的形成，從而很大程度地提高鎂合金與鋁界面的結(jié)合強(qiáng)度，降低了界面的脆性，非常有效地改善了鎂鋁復(fù)合板的拉伸、沖壓成形性。
[0007]此外，此工藝方法工藝方法簡單，需要額外添置的設(shè)備較少，增加的成本也不多，只需在通常鎂合金板的熱軋工藝實(shí)施之前增加一個(gè)熱噴涂預(yù)置釬料及組對工序，其后的軋制過程與相應(yīng)的鎂合金板軋制工藝相似，適合用于鎂鋁復(fù)合板的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
本發(fā)明涉及的具體工藝步驟如下:
1、在本發(fā)明的方法中，通常選擇在厚度較大的鎂合金組元一側(cè)預(yù)置釬料層，而對鋁金屬一側(cè)的軋制前準(zhǔn)備步驟與常規(guī)軋制復(fù)合方法基本相同，包括:除油、鋼絲刷打磨去除表面氧化物和污物。
[0009]2、對于需要鎂合金的待結(jié)合表面在除油處理后，經(jīng)過砂輪或砂帶打磨處理或噴砂方法進(jìn)行粗化處理。
[0010]3、經(jīng)過表面預(yù)處理后，盡快在鎂合金或純鋁板的待結(jié)合表面噴涂一薄層的釬料。預(yù)置釬料噴涂方法既可以是電弧噴涂，也可以選擇氧乙炔火焰噴涂方法。電弧噴涂使用的材料既要求導(dǎo)電良好，又要求材料可拉拔成連續(xù)的絲材。所以這些材料既可以是實(shí)芯線材，又可以是藥芯包覆釬料絲。而對于氧乙炔火焰噴涂使用絲材或粉末都可以。由于多數(shù)可用于連接鋁與鎂合金釬料都脆性很大，很難拉拔成可供電弧噴涂送絲要求的連續(xù)線材，所以通常釬料以藥芯包覆釬料絲形式被使用。
[0011]根據(jù)復(fù)合板的材質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性，選擇鋅基釬料。鋅基釬料主要為Zn-Al-Cu-Ag系、Zn-Sn-Cu 系和 Zn- Cu-Al-Ni 系。其中 Zn-Al-Cu-Ag 系的成分范圍是:Al 3-25%, Cu 5-36%,Ag 2-10%，余為 Zn ；Zn-Sn-Cu 系的成分范圍是:Sn 5-30%, Cu 5_36%，余為 Zn ；Zn -Cu-Al-Ni系的成分范圍是:Cu 5-25%, Al 5-20%, Ni 3_15%，余為Zn。電弧噴涂使用的釬料形式是直徑為2?3mm的絲材。
[0012]4、電弧噴涂的工藝參數(shù)選擇取決于使用絲材的種類和直徑。例如，對于直徑為2mm的鋅基合金釬料絲材，電弧噴涂的工藝參數(shù)為:電弧電壓28?30V，工作電流100?150A，噴槍與工件距離120?150mm，使用壓力為0.5?0.6Mpa的氬氣霧化。預(yù)置釬料層的厚度一般在20?30 μ m,均勻噴涂。
[0013]5、如果使用火焰噴涂方法，可使用氧氣-乙炔噴涂。噴涂的釬料可以是如電弧噴涂用的金屬絲材，還可以直接使用釬料合金粉末。根據(jù)使用的火焰噴涂槍的種類和型號的不同，噴涂參數(shù)略有差異。例如，使用合金粉末噴涂槍時(shí)，氧氣壓力通常0.4-0.5MPa，氧氣流量 1000-1200L/h，乙炔壓力 0.07-0.08MPa,乙炔流量 900_960H/h，噴涂距離 110_130mm，中性偏碳化焰。[0014]6、將兩塊已經(jīng)過表面預(yù)處理或預(yù)置釬料的鋁板分別疊合在經(jīng)預(yù)置釬料的鎂合金組元的兩個(gè)表面上，使用氬弧焊或機(jī)械固定的方法連接組元金屬的邊緣。
[0015]7、完成鋁/鎂合金/鋁復(fù)合板的組對后進(jìn)行熱軋加工。根據(jù)不同材料組合、釬料種類及待復(fù)合的組元板厚度選擇加熱溫度和保溫時(shí)間。通常初軋的加熱溫度范圍是450?500°C，加熱保溫時(shí)間通常為30-120分鐘，加熱過程中也可采用保護(hù)氣體。
[0016]8、加熱后，復(fù)合板坯料立即進(jìn)行初軋。使用兩棍軋機(jī)或四輥軋機(jī)，道次變形量12-20%，軋制速度為0.4-0.8m/s,終軋溫度大等于300°C，如果溫度低于300°C，需重新對板坯加熱，初軋的總變形量約80%。
[0017]9、經(jīng)過初軋后的復(fù)合板還需進(jìn)行中軋，加熱溫度360_420°C，加熱時(shí)間取決于復(fù)合板的總厚度。中軋的道次變形量不超過12%，終軋溫度大等于260°C，軋制速度為0.4-0.7m/s，總變形量約60%。
[0018]10、中軋加工的鎂鋁復(fù)合板可進(jìn)行溫軋或冷軋，溫軋的溫度范圍230-300°C，道次變形量小于10%,總變形量不超過50%。
[0019]11、軋制后的復(fù)合板再經(jīng)過加熱擴(kuò)散處理，加熱擴(kuò)散的溫度通常為260?300°C之間，擴(kuò)散加熱的保溫時(shí)間通常為1-2小時(shí)。
[0020]12、根據(jù)需要，對擴(kuò)散處理后的復(fù)合板還可以進(jìn)一步地做冷軋加工，冷軋的道次變形量不超過5%，總變形量不超過30%。冷軋加工后通常還要經(jīng)過去應(yīng)力退火處理，退火溫度通常為250?270°C之間，退火加熱的保溫時(shí)間通常為1-2小時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1:
1、選用300X200mm，厚度為2.0mm的純鋁板作為覆板。鋁板表面先經(jīng)過丙酮去脂處理，
再使用電動(dòng)砂紙磨輪去除表面氧化膜。
[0022]2、選用300 X 200mm，厚度為8mm的AZ31鎂合金板作為基板。AZ31鎂合金板的表面前處理方式與鋁板的處理方式類似，先是丙酮去脂處理，再使用電動(dòng)砂紙磨輪去除表面氧化膜，同時(shí)起到表面粗化的目的。
[0023]3、對經(jīng)前處理后的AZ31鎂合金板立即進(jìn)行電弧噴涂釬料層。電弧噴涂使用的材料是在0.15mm厚純銅管內(nèi)添裝了 Zn-Al-Ag合金粉末的Zn-Al-Cu-Ag系藥芯釬料絲。藥芯絲的直徑為2.0mm，名義化學(xué)成分為:35%Cu，8%Al，Ag 5%, Zn 52%。
[0024]4、電弧噴涂Zn-Al-Cu-Ag釬料層的工藝參數(shù)為:電弧電壓31V，工作電流150A，噴槍與工件距離140_，氬氣霧化壓力0.5Mpa。噴涂時(shí)快速地移動(dòng)噴涂槍，預(yù)置釬料層均勻地覆蓋在AZ31鎂合金板的待復(fù)合表面上，覆蓋面積50%左右，涂層厚度大約20?30μπι。
[0025]5、將已經(jīng)預(yù)置釬料的ΑΖ31鎂合金板表面與待復(fù)合的純鋁表面相對疊合在一起，使用氬弧焊焊合邊緣。
[0026]6、在熱處理爐中，480°C的加熱溫度下，加熱保溫時(shí)間30分鐘后取出，立即軋制。
[0027]7、把加熱的復(fù)合板坯在兩棍軋機(jī)上初軋，道次變形量15%，終軋溫度大等于300°C，得到厚度為3.5mm的鎂鋁復(fù)合板，總變形量約71%。
[0028]8、加熱軋制后的復(fù)合板再經(jīng)過加熱擴(kuò)散處理，加熱擴(kuò)散溫度為260°C，保溫時(shí)間120分鐘。[0029]9、對擴(kuò)散處理后的復(fù)合板進(jìn)行剪切，可直接使用。對其余部分進(jìn)行中軋，中軋的加熱溫度360°C，加熱30分鐘。中軋的道次變形量12%，終軋溫度大等于240°C，復(fù)合板軋制到1.5mm厚，總變形量約57%。
[0030]10、為改善軋制加工后的應(yīng)力情況，又對復(fù)合板做了去應(yīng)力退火處理，退火溫度為260°C，加熱退火的保溫時(shí)間I小時(shí)。
[0031]經(jīng)過以上工藝軋制的鎂鋁復(fù)合板結(jié)合可靠，90度彎曲變形無肉眼可見的層間分離現(xiàn)象，按照GB8642-88標(biāo)準(zhǔn)測定了復(fù)合板的層間結(jié)合強(qiáng)度，均高于50MPa。
[0032]實(shí)施例2:
1、選用300X200mm，厚度為2.0mm的純鋁板作為覆板。鋁板表面先經(jīng)過丙酮去脂處理，再使用電動(dòng)不銹鋼磨輪去除表面氧化膜。
[0033]2、選用300 X 200mm，厚度為8mm的AZ31鎂合金板作為基板。AZ31鎂合金板的表面前處理方式與鋁板的處理方式類似，先是丙酮去脂處理，再使用電動(dòng)不銹鋼磨輪去除表面氧化膜，同時(shí)起到表面粗化的目的。
[0034]3、對經(jīng)前處理后的AZ31鎂合金板和純鋁板的待結(jié)合表面立即電弧噴涂釬料層。電弧噴涂使用的材料為由0.15mm厚純銅管添裝ZnSn合金粉末的Zn-Sn-Cu系藥芯釬料絲。藥芯絲的直徑為2.0mm，名義化學(xué)成分為:30%Cu，Sn 21%，Zn 49%。
[0035]4、電弧噴涂Zn-Al-Cu-Ag釬料層的工藝參數(shù)為:電弧電壓30V，工作電流120A，噴槍與工件距離150_，氬氣霧化壓力為0.5Mpa。噴涂時(shí)快速地移動(dòng)噴涂槍，預(yù)置釬料層均勻地覆蓋在AZ31鎂合金板的待復(fù)合表面上，覆蓋面積50%左右，涂層厚度大約20?30 μ m。
[0036]5、將已經(jīng)預(yù)置釬料的AZ31鎂合金板表面與待復(fù)合的純鋁表面相對疊合在一起，使用氬弧焊焊合邊緣。
[0037]6、在熱處理爐中，480°C的加熱溫度下，加熱保溫時(shí)間30分鐘后取出，立即軋制。
[0038]7、把加熱的復(fù)合板坯在兩棍軋機(jī)上初軋，道次變形量15%，終軋溫度大等于300°C，得到厚度為4mm的鎂鋁復(fù)合板，總變形量約67%。
[0039]8、加熱軋制后的復(fù)合板再經(jīng)過加熱擴(kuò)散處理，加熱擴(kuò)散溫度為260°C，保溫時(shí)間120分鐘。
[0040]9、對擴(kuò)散處理后的復(fù)合板進(jìn)行剪切，可直接使用。對其余部分進(jìn)行溫軋，溫軋的加熱溫度260°C，加熱30分鐘。溫軋的道次變形量10%，復(fù)合板軋制到2mm厚，總變形量約50%。
[0041]10、為改善軋制加工后的應(yīng)力情況，對復(fù)合板做了去應(yīng)力退火處理，退火溫度260°C，退火加熱的保溫時(shí)間I小時(shí)。
[0042]經(jīng)過以上工藝軋制的鎂鋁復(fù)合板結(jié)合可靠，90度彎曲變形無肉眼可見的層間分離現(xiàn)象，按照GB8642-88標(biāo)準(zhǔn)測定了復(fù)合板的層間結(jié)合強(qiáng)度，均大于40MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂鋁復(fù)合板的制備方法，其特征在于:首先分別將待復(fù)合的鎂合金板及純鋁板的待復(fù)合表面清洗、粗化處理，然后分別在鎂合金板及純鋁板的待復(fù)合表面上均勻地噴涂一薄層釬料層，再它們組對、焊合，然后進(jìn)行加熱軋制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋁復(fù)合板的制備方法，其特征在于:熱噴涂釬料層的使用的方法既可以是電弧噴涂，又可以是氧乙炔火焰噴涂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋁復(fù)合板制備技術(shù)，其特征在于:熱噴涂釬料層的使用的釬料既可以是實(shí)芯材料，又可以是藥芯包覆釬料絲；熱噴涂的材料為鋅基釬料，鋅基釬料主要為Zn-Al-Cu-Ag系、Zn-Sn-Cu系和Zn- Cu-Al-Ni系；其中Zn-Al-Cu-Ag系的成分范圍是:Al 3-25%, Cu 5-36%, Ag 2_10%，余為 Zn ;Zn-Sn_Cu 系的成分范圍是:Sn 5-30%, Cu 5-36%,余為 Zn;Zn -Cu-Al -Ni 系的成分范圍是:Cu 5-25%, Al 5-20%, Ni 3_15%，余為 Zn。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋁復(fù)合板制備技術(shù)，其特征在于:根據(jù)不同材料組合、釬料種類及待復(fù)合的組元板厚度，軋制前復(fù)合板坯料需要在400-500°C，30-120分鐘的爐中加熱；加熱后，復(fù)合板坯料立即進(jìn)行初軋，道次變形量12-20%，終軋溫度大等于300°C，總變形量約80% ;經(jīng)過初軋后的復(fù)合板還需進(jìn)行中軋，中軋的加熱溫度是360-420°C，加熱時(shí)間取決于復(fù)合板的總厚度；中軋的道次變形量不超過12%，終軋溫度大等于260°C，總變形量約60% ;中軋加工后的鎂鋁復(fù)合板可進(jìn)行溫軋或冷軋,溫軋的溫度范圍230-300°C,道次變形量小于10%，總變形量不超過50% ;冷軋的道次變形量不超過5%，總變形量在30%以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋁復(fù)合板制備技術(shù)，其特征在于:熱軋加工后需要對復(fù)合板做去加熱擴(kuò)散處理，擴(kuò)散處理溫度240-280°C，保溫時(shí)間1-2小時(shí)。
【文檔編號】C23C4/08GK103586304SQ201310554818
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張忠禮, 張楠楠, 李德元, 李子健 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)