一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法技術

一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，步驟如下：采用酸洗法分別將母材金屬板表面進行清洗，去除油脂、污漬和氧化膜、烘干；將上述母材金屬板在大氣條件或氮氣或氬氣保護條件下預熱，預熱溫度為150-1700℃；對上述母材金屬板或預置低熔點填充材料的母材金屬板采用內冷式水冷軋輥軋制，同時連續施加超聲波和磁場，直至制得單面金屬層狀復合板。本發明專利技術的優點是：該焊接方法通過施加超聲和磁場，有助于控制界面反應和強化傳質過程，得到金屬間化合物顆粒增強的復合焊縫，細化焊縫晶粒，減小殘余應力，有效破除氧化膜，降低或避免釬劑使用，減少對人員的毒副作用以及對結合界面的不良影響，有利于節約能源和降低環境污染。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬復合材料領域，特別是一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法。
技術介紹
層狀金屬復合板是采用不同的復合連接技術使兩種或兩種以上性能不同的母材金屬板實現牢固結合的新型材料。各層金屬母材仍然保持原有各自特性，綜合性能比任一單一母材金屬優越，因此，新型異種金屬復合板材近年來受到普遍重視，在發電設備、汽車、船舶、鋼道交通、核能、機械、航天、石油、化工等中有著廣泛應用。層狀金屬復合板的生產方法，主要包括半固態壓力復合法、爆炸復合法、粉末冶金法、軋制復合法、熱浸法。粉末冶金法的生產工藝是：對母材表面進行預處理，配置粉末，將粉末均勻覆在母材表面，隨后進行高溫燒結，經軋制得到復合板。其特點在于粉末冶金工藝。缺點是生產中耗費能源、污染環境、粉末冶金形成層較為疏松，適用于軸瓦合金帶的生產，參見：楊曉林.?鋼背銅石墨復合板半固態復合研究[M].?北京：北京交通大學，2010.6，p7；田沖，陳桂云，楊林，趙九洲，張永昌?噴射軋制鋼/Al-Pb復合軸瓦帶材的組織與性能.?材料研究學報,?2004,18(1):102-107；爆炸焊是固相/固相復合方法，適用于制備大厚度金屬復合板，該方法利用炸藥的高速引爆和沖擊作用將兩種或兩種以上的金屬大面積焊接在一起，優點在于大部分金屬材料都可以實現爆炸復合，產品性能穩定。缺點在于不適合制備薄膜復合板，不能連續生產帶材，焊接界面呈波浪形，界面組織不易控制，參見：布拉齊恩斯基著，李富勤譯，爆炸焊接成型與壓制，北京，機械工業出版社1988，p70-80。固-固軋制復合是生產金屬復合板廣泛應用的技術，通過軋制作用使雙金屬板達到接觸并形成金屬界面結合。為提高界面結合強度，需要很大的壓下率，進而要求軋機龐大，因此設備投資大，參見：李靜媛、趙艷君、任學平.特種金屬材料及其加工技術.冶金工業出版社，2010.p294-323。半固態壓力復合法的基本工藝是:制備覆層金屬半固態漿料，將其澆注在預先進行過表面處理的母板上，在壓力模中加壓成形，實現界面凝固復合。該方法不能生產帶材，而且存在母板氧化、復合板界面殘余應力較大等問題，影響界面結合強度，參見：H.W.?Liu,?C.?Guo,Y.?Cheng,X.F.?Liu,G.J.?Shao.Interfacial?strength?and?structure?of?stainless?steel–semi-solid?aluminum?alloy?clad?metal.?Materials?Letters?Volume?60,?Issue?2,?January?2006,?Pages?180-184。液-固軋制法是利用液態金屬的高擴散能力和軋制時產生的壓力，同時借助釬劑去除二次氧化膜，實現不同金屬母材的冶金結合。該方法與固-固復合軋制相比具有成型型好的優勢，但在生產過程中有毒性釬劑的大量使用存在在表面、界面析出、清除困難、熱穩定性差、腐蝕性強、去除氧化物效果不穩定等缺點，用該方法得到的復合板能滿足一般的裝飾要求，難以承受大變形的機械加工。(崔建忠、張曉博、路貴民、許光明.液-固相異種金屬軋制復合方法及設備，參見：CN1329951A；張鵬,崔建忠,杜云慧,巴立民.鋼-鋁固液相復合中浸鍍助焊劑的應用研究.?金屬學報,1997,V33(8):869-873。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述存在問題，提供一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，該制備方法通過同時施加超聲場和磁場雙物理場，能有效破除氧化膜，有助于晶粒的細化，降低或避免了釬劑對人員的毒副作用以及對異種材料界面結合的不良影響，有利于提高界面結合強度。本專利技術的技術方案：一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，步驟如下：1）采用酸洗法分別將母材金屬板表面進行清洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干備用；2）將上述處理后母材金屬板在大氣條件或氮氣或氬氣保護條件下預熱，預熱溫度為150-1700℃；3）對上述預熱的母材金屬板或預置低熔點填充材料的母材金屬板采用內冷式水冷軋輥軋制，同時連續施加超聲波和磁場，直至制得單面金屬層狀復合板。所述母材金屬板為鋼板、鐵板、鋁板、鈦板或銅板。所述超聲波的振動頻率為2×104-1×109Hz，工具頭輸出振幅為0.01-20μm，超聲波電源的輸出功率為0.01-5kW，工作壓力0.01～5.0MPa。所述磁場為穩恒磁場或交變磁場，磁場強度為0.001-15T，交變磁場頻率為0.01-1000Hz。所述氮氣或氬氣氣氛的濃度為99-99.9999%。所述填充材料為Zn-Al、Al-Si或Sn-Zn，填充材料形態為粉狀、棒狀、帶狀或膏狀。本專利技術的優點是：該焊接方法通過施加超聲和磁場，有助于控制界面反應和強化傳質過程，得到金屬間化合物顆粒增強的復合焊縫，細化焊縫晶粒，減小殘余應力，有效破除氧化膜，降低或避免釬劑使用，減少對人員的毒副作用以及對結合界面的不良影響，有利于節約能源和降低環境污染。附圖說明圖1是外場輔助異種金屬材料軋制設備示意圖。圖2是采用不同形狀超聲施加裝置的外外場輔助異種金屬材料軋制設備示意圖。圖3是熔化低熔點金屬的外場輔助異種金屬材料軋制設備示意圖。圖4是熔化填充材料而母材不熔化的外場輔助異種金屬材料軋制設備示意圖。圖5是氣氛保護條件下外場輔助異種金屬材料軋制設備示意圖。圖6是顆粒增強復合結構焊縫的微觀組織示意圖。圖中：1.超聲波施加裝置???2.低熔點母材???3.加熱裝置???4.磁場5.內冷式水冷軋輥???6.高熔點母材???7.填充材料???8.保護氣氛。具體實施方式以下結合附圖，對本專利技術進行說明。實施例1：一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，步驟如下：1）將純鋁板和純鐵板表面采用酸洗法清洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干備用；2）將上述處理后純鋁板和純鐵板在大氣條件下預熱至溫度為350℃；3）對上述預熱的純鋁板和純鐵板采用內冷式水冷軋輥軋制，同時連續施加超聲波和磁場，如圖1所示：開啟超聲波設備連續施加超聲作用，超聲波施加裝置由換能器、變幅桿、工具頭組成，可施加橫向和縱向超聲波，超聲頻率為3×104Hz，工具頭輸出振幅為10μm，超聲波電源的輸出功率為3kW，工作壓力3Mpa；開啟磁場設備連續施加磁場作用，磁場裝置由電磁鐵構成能夠產生交變磁場，磁場強度為5T，交變磁場頻率為10Hz；傳輸純鐵板并與純鋁板接觸，金屬板傳輸速度為100mm/s，經軋輥軋制后，在冷卻速度300℃/min下冷卻，最終制得單面金屬層狀純鋁板-純鐵復合板，如圖6所示。實施例2：一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，步驟與實施例1基本相同，不同之處在于：所使用的超聲波施加裝置的超聲頭的形狀不同，包括滾輪型、柱型、倒喇叭型，如圖2所示。實施例3：一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，其特征在于步驟如下：1）采用酸洗法分別將母材金屬板表面進行清洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干備用；2）將上述處理后母材金屬板在大氣條件或氮氣或氬氣保護條件下預熱，預熱溫度為150?1700℃；3）對上述預熱的母材金屬板或預置低熔點填充材料的母材金屬板采用內冷式水冷軋輥軋制，同時連續施加超聲波和磁場，直至制得單面金屬層狀復合板。

【技術特征摘要】
1.一種雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，其特征在于步驟如下：
1）采用酸洗法分別將母材金屬板表面進行清洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干備用；
2）將上述處理后母材金屬板在大氣條件或氮氣或氬氣保護條件下預熱，預熱溫度為150-1700℃；
3）對上述預熱的母材金屬板或預置低熔點填充材料的母材金屬板采用內冷式水冷軋輥軋制，同時連續施加超聲波和磁場，直至制得單面金屬層狀復合板。
2.根據權利要求1所述雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，其特征在于：所述母材金屬板為鋼板、鐵板、鋁板、鈦板或銅板。
3.根據權利要求1所述雙物理場輔助單面金屬層狀復合板的制備方法，其特征在于：所述超聲波的振動頻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王謙，李云濤，褚亮，張行，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發明
國別省市：天津;12