本發(fā)明涉及軋制鋁鋼復合材料，具體涉及一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料及其制備方法。

背景技術：

鋼鐵作為工業(yè)建設中最重要的基礎材料，其腐蝕和磨損一直是困擾人們的主要問題。目前國內外普遍采用復合鋁層的表面處理技術，該技術不僅把鋁的耐蝕性和鋼的強度結合起來，而且使鋼材具有新的性能即耐熱性，并對光、熱有良好的反射性，使鋼材具備耐蝕性高、抗高溫氧化、耐磨、硬度高等優(yōu)點。

近年來，隨著新材料、新工藝在工業(yè)生產中的廣泛應用，熱浸鍍鋁(熱浸鍍鋁是將經過一定前處理的鋼鐵材料或制品放入一定溫度的熔融鋁或鋁合金溶液中，浸漬適當時間，使固態(tài)基底材料和液態(tài)鋁之間發(fā)生一系列冶金反應，從而達到表面防護和表面強化相結合的一種表面處理技術。)是目前國內采用最多的鋼鐵材料表面處理工藝方法，因質優(yōu)價廉的特點成為世界各國金屬材料的主要防腐方法。熱浸鍍鋁難以控制鍍層厚度以及酸堿洗、覆蓋劑、助鍍劑對設備的腐蝕和環(huán)境污染以及能耗問題，迫使人們不斷改進熱浸鍍鋁技術工藝并尋求新的高效、節(jié)能、環(huán)保、無污染的覆蓋劑及助鍍劑配方。

軋制復合生產的復合材料表面質量好、尺寸精度高，其生產過程比較環(huán)保，軋制復合帶材覆層的厚度調整空間大，覆層的包覆比易于控制，生產的復合帶材性能均勻、一致性好，裝備及技術較為成熟，可進行成卷連續(xù)生產，生產效率高，生產成本低，易實現鋁鋼復合帶材的批量生產。然而，軋制鋁鋼復合材料的耐腐蝕性卻遠遠不及鍍鋁鋼。因此，要想用軋制鋁鋼復合材料替代鍍鋁鋼的使用，有必要提出一種提高軋制鋁鋼復合材料腐蝕性能的方法。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料及其制備方法。

根據本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明公開了一種制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的方法，所述方法包括如下步驟：

材料準備：準備鋁板和鋼板，并將所述鋁板和所述鋼板的表面進行打磨處理；

軋制：將準備好的所述鋁板和所述鋼板用冷軋法軋制復合成鋁鋼復合材料；

退火：將所述軋制步驟軋制復合好的鋁鋼復合材料進行退火處理，使鋼完全再結晶；

熱處理：將所述退火步驟處理好的軋制鋁鋼復合材料在610-620℃下保溫10-30min，使得鋁層和鋼層的界面處均有一層厚度為4-12μm的鐵鋁金屬間化合物。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述鋁板的厚度為60-80μm。在本發(fā)明的一個實施方案中，在所述退火步驟中，將所述退火的溫度和時間分別設置為500-540℃和20-28h。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述鋼板為低碳鋼。

根據本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還公開了一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料，所述耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料是由上述方法制造而成。

由于鐵鋁金屬間化合物會影響鋁鋼界面的結合性能，大部分的研究都集中在如何減少鐵鋁金屬間化合物的厚度。而本發(fā)明卻是利用鐵鋁金屬間化合物良好的耐腐蝕性能，保護軋制鋁鋼復合材料的鋼層不受到腐蝕。

本發(fā)明公開的軋制鋁鋼復合材料的耐腐蝕性能非常好。

此外，本發(fā)明公開的制備該種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的方法僅需在現有工藝的基礎上增加熱處理工序，即可使得制備出的軋制鋁鋼復合材料具有良好的耐腐蝕性能，還不會影響鋁鋼界面的結合性能。就腐蝕性能而言，此方法為軋制鋁鋼復合材料替代鍍鋁鋼提供了依據。

附圖說明

圖1為現有技術中一種鍍鋁鋼的界面顯微組織的放大圖。

圖2為現有技術中一種軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織的放大圖。

圖3為圖1所示的鍍鋁鋼鹽霧腐蝕10天后的照片。

圖4為圖2所示的軋制鋁鋼復合材料鹽霧腐蝕4天后的照片。

圖5為本發(fā)明實施例中的一種制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的工藝流程圖。

圖6為本發(fā)明實施例中的一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織的放大圖。

圖7為圖6所示的耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料鹽霧腐蝕10天后的照片。

圖8為本發(fā)明實施例中的另一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織的放大圖。

圖9為圖8所示的耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料鹽霧腐蝕10天后的照片。

圖10為本發(fā)明實施例中的另一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織的放大圖。

圖11為圖10所示的耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料鹽霧腐蝕10天后的照片。

圖12為圖10所示的耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料鹽霧腐蝕15天后的照片。

圖中：

1：鋁層；2：鋼層；3：鐵鋁金屬間化合物。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

需要說明是，本文中，中性鹽霧試驗所用試劑采用化學純或化學純以上的試劑。在溫度為25℃±2℃時電導率不高于20μS/cm的蒸餾水或去離子水中溶解氯化鈉，將其配制成濃度為50g/L±5g/L的溶液。所收集的鹽霧液濃度為50g/L±5g/L。在25℃時，配制的溶液密度在1.029-1.036范圍內。其中，氯化鈉中的銅含量應低于0.001wt％，鎳含量應低于0.001wt％。銅和鎳的含量有原子吸收分光光度法或其他具有相同精度的分析方法測定。氯化鈉中碘化鈉含量不應超過0.1wt％或以干鹽計算的總雜質不應超過0.5wt％。試驗溶液的pH值應調整至使鹽霧箱收集的噴霧溶液的pH值在6.5-7.2之間。pH值的測量應在25℃±2℃用酸度計測量，也可以用測量精度不大于0.3的精密pH試紙進行日常檢測。超出范圍時，可加入分析純鹽酸、氫氧化鈉或碳酸氫鈉來進行調整。鹽霧試驗期間，每天開箱取出軋制復合鋁鋼板和鍍鋁鋼板各一塊觀察其各自的腐蝕情況。鹽霧試驗時試樣四周用透明膠帶封閉，防止鐵、鋁及鐵鋁相間形成原電池出現自腐蝕現象。

圖1為現有技術中一種鍍鋁鋼的界面顯微組織的放大圖，該鍍鋁鋼的界面間有一層厚度為4μm的鐵鋁金屬間化合物。圖2為現有技術中一種軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織的放大圖，該軋制鋁鋼復合材料的界面間無鐵鋁金屬間化合物。該鍍鋁鋼和該軋制鋁鋼復合材料的總厚度均為0.44mm。

將該軋制鋁鋼復合材料和該鍍鋁鋼放入鹽霧箱進行中性鹽霧試驗。鹽霧試驗4天后發(fā)現軋制鋁鋼復合材料的鋼層開始出現生銹現象，而此時鍍鋁鋼的鋼層沒有生銹跡象。該軋制鋁鋼復合材料鹽霧試驗4天的照片請見圖4。鹽霧試驗10天后發(fā)現軋制鋁鋼復合材料的鋼層已存在嚴重腐蝕生銹，而此時鍍鋁鋼的鋼層還未開始腐蝕，僅露出了鐵鋁金屬間化合物。鍍鋁鋼鹽霧試驗10天的照片請見圖3。由此可知，相同腐蝕條件下，鍍鋁鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于軋制鋁鋼復合材料，這主要是由鍍鋁鋼在鋁層和鋼層中間存在一層鐵鋁金屬間化合物的中間層，該層具有良好的耐腐蝕性能。從該試驗還可得知，鐵鋁金屬間化合物的厚度僅有4μm即能保護鋼層不受腐蝕。

研究表明，鐵鋁金屬間化合物的成分主要為Fe₂Al₅、FeAl₂和FeAl₃，其性能十分穩(wěn)定，耐腐蝕性強。

鐵鋁金屬間化合物會降低界面的結合性能，其結合強度與金屬間化合物的厚度有一定的關系。有研究表明，當鐵鋁金屬間化合物的厚度在12μm以下時，鋁鋼界面仍然保持很好的結合性能，其界面結合強度大于45MPa；當鐵鋁金屬間化合物的厚度為25-45±2.5μm時，其界面結合強度降至10-20MPa；隨著鐵鋁金屬間化合物的厚度增加至55-70±2μm時，其界面結合強度只有5-10MPa，甚至出現鋁鋼界面分層現象。

本發(fā)明公開了一種制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的方法，包括如下步驟：

材料準備：準備鋁板和鋼板，并將鋁板和鋼板的表面進行打磨處理；

軋制：將準備好的鋁板和鋼板用冷軋法軋制復合成鋁鋼復合材料；

退火：將軋制步驟軋制復合好的鋁鋼復合材料進行退火處理，使鋼完全再結晶；

熱處理：將退火步驟處理好的軋制鋁鋼復合材料在610-620℃下保溫10-30min，使得鋁層和鋼層的界面處均有一層厚度為4-12μm的鐵鋁金屬間化合物。

為了使鋁板和鋼板能更好的軋制復合，在軋制前，需將鋁板和鋼板的表面進行打磨處理。

發(fā)明人發(fā)現，退火處理后的鋼層需完全再結晶，才能保證制備出的軋制鋁鋼復合材料的成形性能好。

熱處理步驟的保溫溫度為610-620℃。保溫溫度太低，生成鐵鋁化合物，需要較長的時間，甚至不能生成鐵鋁金屬間化合物；溫度太高，難以控制鐵鋁金屬間化合物的生長速率，容易導致生成的鐵鋁金屬間化合物的厚度太大。在此溫度下，合適的保溫時間為10-30min。

鐵鋁金屬間化合物的厚度為4-12μm，既能保證鋁鋼界面保持良好的結合性能，也能使該軋制鋁鋼復合材料具有良好的耐腐蝕性。

軋制步驟所用的鋁板和鋼板的厚度不需要特別限定。鋁本身的腐蝕性能是較好的，從耐腐蝕的角度說，鋁鋼復合材料的鋁層的厚度越大越好，但是考慮到冷軋鋁鋼復合的條件以及減重等各方面因素，鋁鋼復合材料的鋁層的厚度最好為20-30μm。要想使得鋁鋼復合材料的鋁層的厚度為20-30μm，鋁板的厚度最好為60-80μm。當然，在鋁鋼能復合的前提下，根據實際應用的需要，鋼板和鋁板的厚度可以按照實際需要任意調整。

退火步驟的退火溫度及退火時間不需要特別限定，只要退火后鋼能完全再結晶即可。退火溫度太高或太低，鋼都不能完全再結晶。退火溫度太低，即使保溫很長時間，鋼層也很難完全再結晶，進而影響鋁鋼復合材料的成形性能；溫度太高，雖說保溫短時間鋼層可以完全再結晶，但將會影響后續(xù)鋁鋼復合材料的使用，因此，最佳的退火溫度為500-540℃，在此溫度下，最佳的退火時間為20-28h。

金屬復合材料的軋制方法分為冷軋和熱軋，對于鋁鋼復合材料來說，因為鋼表面很容易形成一層氧化層，而該氧化層的存在將會阻止鋁和鋼的結合，使得鋁鋼很難結合，因此本發(fā)明選用冷軋法軋制。此外，冷軋產品表面質量優(yōu)良，熱軋產品表面質量較差，而且需要在控制氣氛中使鋁鋼軋制結合，成本較高。。

所用的鋁板和鋼板的具體型號及具體成分并不需要特別限定。鋁板可以是工業(yè)級純鋁(如1050鋁或1060鋁)，也可以是鋁合金(如6061鋁合金或鎂鋁合金)。有研究表明，對于鋁鋼復合材料，鋼中碳的含量和鋁中硅的含量會影響鐵鋁金屬間化合物的生成。鋼中碳的含量越高，鐵鋁金屬間化合物越難形成，而且碳含量越高在保證鋁合金不過燒條件下實現鋼的完全再結晶是不可能的，以至于鋁鋼復合板不能有良好的成形性能，因此，鋼板最好選用低碳鋼。硅的含量高也會抑制鐵鋁金屬間化合物的生成，但是在一定的條件下，鋁層和鋼層還是能生成鐵鋁金屬間化合物。4A60鋁和08Al鋼是軋制鋁鋼復合材料常用的原料，是制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的優(yōu)選的原料。08Al鋼碳含量低，在保證鋁合金不過燒和熔化的前提下可以實現鋼層冷軋組織能夠完全再結晶，以便鋁鋼復合材料后續(xù)成形使用；4A60鋁合金的選擇基于硅含量考慮，研究表明，此時的硅含量能保證覆層與鋁合金翅片釬焊過程鋁鋼界面化合物不影響鋁鋼復合材料的使用。

本發(fā)明還公開了一種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料，該耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料由上述方法制備而成。

本發(fā)明的耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的結構可以是“鋁-鋼-鋁”結構，也可以是“鋁-鋼”結構，即，鋼層可以兩面都被鋁層覆蓋，也可以僅有一面被鋁層覆蓋，可根據實際需要進行選擇。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值范圍如前述發(fā)明內容中所示。下述實施例和對比例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。

下述實施例和對比例所用的鋁板和鋼板的具體成分請見表1。下述實施例和對比例制備出的軋制鋁鋼復合材料的結構為“鋁-鋼-鋁”結構，即鋼層兩面都被鋁層覆蓋。

對比例

本對比例采用圖5所示的工藝制備軋制鋁鋼復合材料。其中，軋制步驟所用的軋制方法為冷軋法，所用的鋁板的厚度為70μm、鋼板為0.8mm；退火步驟的退火溫度為520℃、退火時間為24h。

按照下面5種條件分別設置熱處理步驟的保溫溫度和保溫時間，觀察是否有鐵鋁金屬間化合物生成并測量該鐵鋁金屬間化合物的厚度：

(1)保溫溫度為605℃、保溫時間為40min；

(2)保溫溫度為615℃、保溫時間為3min；

(3)保溫溫度為615℃、保溫時間為30min；

(4)保溫溫度為615℃、保溫時間為60min；

(5)保溫溫度為620℃、保溫時間為30min。

結果如下：(1)組界面間無鐵鋁金屬間化合物；(2)組界面間無鐵鋁金屬間化合物；(3)組界面的鐵鋁金屬間化合物的厚度為8μm；(4)組界面的鐵鋁金屬間化合物的厚度為29μm；(5)組界面的鐵鋁金屬間化合物的厚度為12μm。

實施例1

本實施例采用圖5所示的工藝制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料。其中，軋制步驟所用的軋制方法為冷軋法，所用的鋁板的厚度為60μm、鋼板為0.2mm；退火步驟的退火溫度為500℃、退火時間為28h；熱處理步驟的保溫溫度為610℃、保溫時間為30min。

制備出的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織請見圖6，鐵鋁金屬間化合物的厚度為5μm。

將該軋制鋁鋼復合材料放入鹽霧箱進行中性鹽霧試驗，鹽霧腐蝕10天后，鋁層穿孔，鐵鋁金屬間化合物暴露但鋼層未生銹。鹽霧腐蝕10天后的照片請見圖7。

實施例2

本實施例采用圖5所示的工藝制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料。其中，軋制步驟所用的軋制方法為熱軋法，所用的鋁板的厚度為70μm、鋼板為0.6mm；退火步驟的退火溫度為540℃、退火時間為20h；熱處理步驟的保溫溫度為620℃、保溫時間為10min。

制備出的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織請見圖8，鐵鋁金屬間化合物的厚度為7μm。

將該軋制鋁鋼復合材料放入鹽霧箱進行中性鹽霧試驗，鹽霧腐蝕10天后，鋁層穿孔，鐵鋁金屬間化合物暴露但鋼層未生銹。鹽霧腐蝕10天后的照片請見圖9。

實施例3

本實施例采用圖5所示的工藝制備耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料。其中，軋制步驟所用的軋制方法為冷軋法，所用的鋁板的厚度為80μm、鋼板為0.4mm；退火步驟的退火溫度為520℃、退火時間為24h；熱處理步驟的保溫溫度為620℃、保溫時間為20min。

制備出的軋制鋁鋼復合材料的界面顯微組織請見圖10，鐵鋁金屬間化合物的厚度為9μm。

將該軋制鋁鋼復合材料放入鹽霧箱進行中性鹽霧試驗，鹽霧腐蝕10天后，鋁層穿孔，鐵鋁金屬間化合物暴露但鋼層未生銹；鹽霧腐蝕15天后，鋼層依然未生銹。鹽霧腐蝕10天后的照片請見圖11，鹽霧腐蝕15天后的照片請見圖12。

表1鋁和鋼的具體成分(wt％)

從對比例可知，制備該種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的保溫溫度及保溫時間需特別注意。保溫溫度太低，難以生成鐵鋁金屬間化合物；在一定的時間內，溫度越高，生成鐵鋁金屬間化合物的厚度越大。從而可以得知，保溫的溫度有一個比較合適的范圍，溫度太高，難以控制鐵鋁金屬間化合物的生長速率，容易導致生成的鐵鋁金屬間化合物的厚度太大，從而影響鋁鋼界面的結合性能。此外，在一定的溫度下，保溫時間越長，生成的鐵鋁金屬間化合物的厚度越大。

從實施例1到實施例3可知，本發(fā)明公開的方法制備出的軋制鋁鋼復合材料的耐腐蝕性能非常好，鹽霧試驗10天，鋼層都還未受到腐蝕。實施例3制備出的軋制鋁鋼復合材料，鹽霧試驗15天，鋼層也絲毫未受到腐蝕。由此可知，鐵鋁金屬間化合物能有效的保護軋制鋁鋼復合材料的鋼層不受到腐蝕。

綜上可知，本發(fā)明公開的軋制鋁鋼復合材料的耐腐蝕性能非常好。

此外，本發(fā)明公開的制備該種耐腐蝕的軋制鋁鋼復合材料的方法僅需在現有工藝的基礎上增加熱處理工序，即可使得制備出的軋制鋁鋼復合材料具有良好的耐腐蝕性能，還不會影響鋁鋼界面的結合性能。就腐蝕性能而言，此方法為軋制鋁鋼復合材料替代鍍鋁鋼提供了依據。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。