[发明专利]固态钢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，具体是一种固态钢材固液复合及挤压组合 制备双金属复合材料的方法，即一种通过预置固态钢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。

钢材由于其优良的综合力学性能，被广泛应用于航空、机械、汽车、石油、建筑等 行业，是应用最广泛的金属之一。经调研发现，钢材其他材料复合形成的双金属复合材 料，如钢铝双金属复合材料、钢镁双金属复合材料等受到了越来越多的关注。不过在使 用传统焊接方法制备双金属复合材料时，经常由于两种金属之间相差较大的物理和化学 性质导致各种缺陷出现。如钢铝双金属材料，两种金属之间熔点相差接近1000℃，很难 实现焊接，同时经常在焊接接头出现气孔、烧穿、中间化合物层过厚等一系列的问题。 经对现有技术的检索发现，除焊接方法外钢铝间复合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， 不过由于铝和钛在大气环境下都非常容易氧化，尤其是高温条件下，两种金属之间都会 形成致密的氧化膜，氧化膜的存在会阻碍冶金结合的形成。而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钢镁、 钢铝等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，Dezellus等人在《InternationalJournal ofAdhesionandAdhesives》期刊2007,27:417-421上发表的Mechanicaltestingof steel/aluminium–siliconinterfacesbypushout(钢与铝硅合金界面力学性能研究) 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 钢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固态钢材固液复合及挤压组 合制备双金属复合材料的方法，解决现有复合技术连接钢材和其它材料时经常导致结 合区域形成气孔、氧化夹渣、烧穿等一系列的问题，同时解决氧化膜和中间化合物的存 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：

本发明提供一种固态钢材固液复合及挤压组合制备双金属复合材料的方法，所述方 法包括固液复合铸造制备双金属挤压坯料的步骤、挤压所述坯料制备双金属复合材料的 步骤。

优选地，固液复合铸造制备双金属挤压坯料的步骤具体包括：

处理预置：对待连接固态钢预置材料进行表面处理，处理后预置在模具型腔内；