[发明专利]固态铝材固液复合及挤压组合制备双金属复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于双金属复合材料的制备领域，具体是一种铝材固液复合铸造及挤压组合 制备双金属复合材料的方法，即一种通过预置固态铝材后固液复合铸造及挤压组合工艺 制备双金属复合材料的方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，对材料综合性能的要求越来越高，在很多工况条件下， 单一组元的金属材料已经很难满足要求。因此，研究和制备新型复合材料成了材料科学 与工程领域的一个重要发展方向。双金属复合材料是通过各种复合技术使两种性能不同 的金属复合在一起而制备的一种新型复合材料。与单一组元的金属材料相比，双金属复 合材料可以综合利用两种金属材料各自的物理化学特性，获得单一组元金属不能同时具 有的综合性能，可以较好地满足工业与科技的快速发展对于材料越来越高的要求。相比 于单一金属材料，其优点具体表现在以下三个方面：(1)优良的综合性能；(2)良好的 经济效益；(3)广泛的可设计性。

铝合金材料是工业中应用最为广泛的轻金属材料之一。由于其导电、导热性好、比 强度高、耐蚀性好等一系列的优点，被广泛应用在航空航天、军工制造、船舶制造、冶 金化工、能源动力、包装防腐及日常生活用品等领域。经调研发现铝合金材料与其他材 料之间，如镁合金、锌合金、铝合金之间的双金属复合材料也同样受到了广泛的重视。 如铝镁双金属复合材料被应用于汽车结构件及汽车发动机组，利用铝合金强度、耐蚀性 及质轻，以及镁合金材料的质量轻的优点。铝铝双金属复合材料被应用于汽车结构件， 综合各体系铝合金之间不同的物理化学性质。

使用传统焊接方法制备双金属复合材料时，经常出现各种缺陷。如焊接制备铝镁双 金属复合材料时，经常出现氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等一系列的问题。利用焊 接方法制备铝镁双金属复合材料时，经常出现中间化合物过厚而影响双金属复合材料性 能的现象。经对现有技术的检索发现，除焊接方法外常见的方法按照材料状态的不同可 以分为固液复合、固固复合及液液复合。对于固固连接方法，如挤压，生产效率较高， 不过由于铝在大气环境下非常容易氧化，尤其是高温条件下，两种金属之间都会形成致 密的氧化膜，氧化膜的存在会严重阻碍两种金属之间的相互作用，恶化连接质量，不容 易形成良好的冶金结合。对于液液连接则经常受到设备的限制，对于材料的外形、尺寸 都有非常严格的要求，这也在一定程度上限制了铜铝双金属材料的推广和应用。相比于 固固复合及液液复合，固液复合技术工序简单、受外形条件约束小、工艺设备要求简单、 生产效率较高，正受到越来越多的关注。不过固液复合同样存在一定的不足，经检索发 现，Zhang等人在《MetallurgicalandMaterialsTransactionsB》期刊2014,45(6): 2495-2503上发表的ImprovedInterfacialBondinginMagnesium/Aluminum OvercastingSystemsbyAluminumSurfaceTreatments(通过铝合金表面处理优化铝 镁双金属材料的界面连接)提到，在液固复合过程中，浇注温度较高时容易在界面上生 成较厚的中间化合物，影响铜铝双金属复合材料的结合强度和物理性能。可见，每一种 方法都有其特有的优势，但又有一定的局限性。

进一步对现有技术检索发现，研究人员开始通过两种复合方法组合在一起制备双金 属复合材料以克服单一方法的不足。中国专利CN102626854A公布了一种爆炸加轧制生 产全包铜铝复合排的方法。该技术利用爆炸焊接加轧制组合的方法制备了铜铝双金属复 合材料，工艺中利用两种金属固固连接方法，表面没有特殊处理，所以两种金属界面上 会存在氧化膜，同时对于材料的外形要求较高。中国专利CN101364459A公布了一种铜 包铝母线排的生产方法及设备。该技术利用挤压和热轧组合的方法制备铜铝双金属复合 材料，不过由于是利用两种金属固固连接方法，而且为了避免氧化膜的影响，在热处理 过程中引入了惰性气体保护，对于设备及制备条件要求较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝材固液复合铸造及挤压组 合制备双金属复合材料的方法，解决现有复合技术连接铝材和其它材料时经常导致结 合区域形成氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析的问题，同时解决氧化膜的存在严重影响 两种金属之间的相互作用以及双金属复合材料的性能较低等一系列的问题，使两种合金 之间形成冶金结合，具有优良的力学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：