阅读说明：本技术 一种铝包镁复合板材/型材及其制备方法 (Aluminum-clad magnesium composite plate/profile and preparation method thereof ) 是由 郭丽丽 汪建强 运新兵 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铝包镁复合板材/型材及其制备方法,属于铝、镁合金以及聚合物复合材料制备的材料加工领域。本发明所述方法包括将镁合金芯料的表面进行清洗后备用,将得到的镁合金芯料插入铝合金管材中,镁合金芯料与铝合金管材之间留有一定缝隙,用压力机压实；将装配压实好的材料送到连续挤压机的挤压轮槽,调节压实轮,使杆料上下变形,侧向扩展与挤压轮槽接触,建立有效摩擦条件,在挤压轮的旋转下将含有镁芯的铝杆料导入到变形区,进入90°转角区,最后进入挤压模具,即得。本发明具有室温即可完成、无需加热、成品率高、无毒、无味、无排放物,生产出的产品具有良好的耐磨性、耐腐蚀性等优点。(The invention discloses an aluminum-clad magnesium composite plate/section and a preparation method thereof, belonging to the field of material processing for preparing aluminum, magnesium alloy and polymer composite materials. The method comprises the steps of cleaning the surface of a magnesium alloy core material for later use, inserting the obtained magnesium alloy core material into an aluminum alloy pipe, reserving a certain gap between the magnesium alloy core material and the aluminum alloy pipe, and compacting by using a press; and (3) conveying the assembled and compacted material to an extrusion wheel groove of a continuous extruder, adjusting a compaction wheel to enable the rod material to deform up and down, expanding the rod material in a lateral direction to contact with the extrusion wheel groove, establishing an effective friction condition, guiding the aluminum rod material containing the magnesium core into a deformation area under the rotation of the extrusion wheel, entering a 90-degree corner area, and finally entering an extrusion die to obtain the aluminum-containing rod material. The invention has the advantages of room temperature completion, no need of heating, high yield, no toxicity, no odor, no emission, good wear resistance and corrosion resistance of the produced product, and the like.)

一种铝包镁复合板材/型材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝、镁合金或聚合物复合材料制备的材料加工领域，具体涉及一种铝包镁复合板材/型材及其制备方法。

背景技术

镁合金有着丰富的储量，属于保有量很大金属结构材料，我国镁资源储量居世界首位。镁具有轻量、高比刚度和比强度的特点，镁合金有优良的减震性能，有很好的电磁干扰和屏蔽性能，以及较好的导热性、可回收性。但是由于镁合金具有HCP晶体结构，室温下的塑性变形能力较差，延伸率较低，表面抗腐蚀差、加工过程中镁合金容易氧化燃烧，从而使生产难度增大，限制了镁合金的应用。铝包镁合金复合材料不但能够改善镁合金的塑性变形能力，还能提高镁合金表面的抗腐蚀能力，改善镁合金的延展性，复合在一起达到单一金属无法达到的综合性能。目前的普通挤压复合工艺以及液态浇注工艺都是在高温下变形，工艺复杂，存在复合界面氧化物较多，材料晶粒粗大，性能较差的问题。利用连续挤压方法的大塑性变形技术进形固态复合，可以实现室温下送料连续生产，有助于提高界面复合层结合强度，从而提高材料力学性能。

本发明区别于中国专利(北京科技大学)：CN103691910A，是利用铝合金溶体浇注到加热的镁合金坯料上，然后进行热轧。中国专利(河北工业大学)：CN109047368A，是利用连铸连轧工艺，将铝合金加热融化包覆在镁合金线材上，属于连铸连轧范围。中国专利(重庆材料研究院)CN102642344A：一种铝包镁合金线材及其制备方法，通过复合处理、热轧焊合再进行拉拔处理。本发明专利是利用连续挤压方法将铝合金管材与镁合金杆料或镁合金切屑或颗粒料一起变形，从而达到固态复合的目的。与现有技术相比，本发明专利的特点是短流程，原材料无需加热到金属熔点，而是在固态下制备复合材料，能够节省能源，而且充分利用镁合金可回收再利用的特性，能够提高材料的强度，改善复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种短流程、低成本、复合界面牢固，结合力与防腐蚀等性能高的挤压铝镁合金复合材料的制备新方法。

本发明利用连续挤压的技术优势，能够在室温下送料进行连续化生产，采用铝合金管材和镁合金杆料、切屑或颗粒料以及含有聚合物填料的镁芯一起在室温下送料，借助挤压轮与铝合金管材之间的摩擦力，将材料导入到变形区，进入挤压模具实现固态复合，在高温、高压作用下，将铝合金管材均匀地包在镁合金芯料外面，实现镁铝合金复合的同时，也会在型材或板材的外表面上形成防止氧化的铝层，具体步骤为：

S1.对镁合金芯料的表面进行清洗后备用；

S2.镁芯料与铝合金管材的装配：将步骤S1得到的镁合金芯料***铝合金管材中；

S3.连续挤压：将步骤S2装配好的材料送到连续挤压机的挤压轮槽，调节压实轮，使杆料上下变形压实，侧向扩展与挤压轮槽接触，建立有效摩擦条件，在挤压轮的旋转下将含有镁芯的铝杆料导入到变形区，进入90°转角区，最后进入挤压模具，得到铝包镁复合板材/型材。

进一步地，上述技术方案中，步骤S1中的清洗方法具体为：采用酒精擦拭镁杆表面，去除油污和氧化物，再用金属毛刷进行刷毛处理，以增加复合界面的复合效果，或者用稀酸清洗镁屑、镁颗粒或含有聚合物的镁芯去除氧化层，再用无水酒精除水，最后烘干。

进一步地，上述技术方案中，步骤S1中镁合金芯料包括镁屑、镁颗粒、镁杆或含有聚合物填料的镁芯。

进一步地，上述技术方案中，步骤S2中镁合金芯料为镁杆时，镁杆与铝合金管材之间需留有一定缝隙，缝隙为0.1-0.5mm；步骤S2中镁合金芯料为镁屑或镁颗粒以及含有聚合物填料的镁芯时，需用压实机压实。

进一步地，上述技术方案中，步骤S3中调节压实轮使初始下压量大于1-2mm。

进一步地，上述技术方案中，步骤S3中通过控制挤压工艺参数，改变镁、铝合金内外表面复合层的结合度，从而控制复合界面的厚度。

进一步地，上述技术方案中，所述挤压工艺参数包括压下量、挤压轮速度、模具结构、定径带长度。

所述复合层是在高温、高压的固态变形条件下，镁、铝合金界面接触，通过原子或分子的互相扩散而形成的界面层，从而达到冶金结合的效果，具有明显的界面，可以提高材料的强度。

本发明还提供了一种根据上述方法制备得到的铝包镁复合板材/型材。

发明有益效果

1、通常镁合金需要加热到300℃以上，才能进行塑性变形，不但浪费能源，还会使镁合金表面氧化，在复合界面生成粗大的氧化物，不利于提高材料力学性能。由于本发明利用连续挤压技术具有摩擦生热的工艺特点，而且整个变形过程是在封闭的型腔内进行的，可以实现少氧化或无氧化变形，不但能够成型在室温下难以变形的镁合金，而且可实现生产节能，提高材料的性能。

2、镁合金(镁屑、镁颗粒、镁杆)作为芯材或含有聚合物填料的镁芯与铝合金一起变形后，在型材、板材表面获得改性层，使型材表面获得所希望的优越组织和性能，从而在很大程度上提高型材的耐磨性、耐蚀性等，同时铝合金具有很好的延展性，二者复合后具有镁铝合金的双重优越性，改善镁合金的使用缺陷。

3、本发明属于生产在线中的物理扩散过程，无毒、无味、无排放物，属环保工艺，环境友好。

4、本发明充分利用镁合金可回收再利用的特点，可将镁屑、颗粒、镁合金碎片或回收聚合物等充分利用，避免轻合金在使用中易燃爆的危险。

5、应用本发明的新工艺，不但可以提高镁合金的强度还可以解决耐蚀性差这一难题。这将推动镁合金作为结构材料在工业上(如航海，航空方面)的应用；

6、本发明的工艺简单、无需加热工序，挤压前处理工艺简单，容易控制，可广泛应用于工艺生产中；

7、本发明属于国家政策扶持技术，应用前景良好。

附图说明

图1是铝包镁合金板材/型材连续挤压成形流程示意图；

图2是采用本发明的方法制备得到的Al包Mg复合杆试做产品图；

图3是Al包Mg复合杆料断面图及其复合界面的SEM形貌；

图4是本发明材料镁、铝截面的EDS成分分析结果；

图5是本发明材料三点弯曲试验的结果。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

准备一定尺寸的铝合金管材，要求管材的外径与挤压轮槽的尺寸匹配，例如使用TLJ250型挤压设备，挤压轮槽宽度为8mm，则选用8mm外径的铝合金管材，内径不限。同时准备镁合金芯料，芯料可为镁合金切屑、镁合金颗粒料、镁粉或含有聚合物填料的镁芯等。采用稀酸、酒精洗净镁合金芯料表面，去除油污和氧化物，干燥处理或者将镁屑清洗。图1是铝包镁合金板材/型材连续挤压成形流程示意图，如图1所示，将镁合金芯料送入铝合金管材，并用压力机压实；将塞满镁芯的铝合金管材送入连续挤压机的挤压轮槽，调节压实轮，调节压实轮使初始下压量大于1-2mm(根据不同设备进行调节)，使铝管上下变形，侧向扩展与挤压轮槽接触，建立有效摩擦条件，在挤压轮的旋转下将含有镁芯的铝杆料导入到变形区，进行连续挤压，最终通过90°转角区，进入挤压模具，即得。其中，挤压模具可以是不同断面形状、尺寸的板材或型材的模具，则可以实现不同形状、尺寸的铝包镁芯板材和型材的生产。

采用本发明的方法制备得到的Al包Mg复合杆试做产品如图2所示，从截面可看出成功制备出Al包Mg复合杆。图3是Al包Mg复合杆料断面图及其复合界面的SEM形貌，可以看出Al和Mg之间的界面具有明显的扩散层(过渡层)，如图中的虚线标注区域，复合界面厚度较均匀，没有孔洞、破损和毛刺等缺陷，说明固态复合效果很好。图4是EDS成分分析结果，图4表示复合材料的界面镁铝元素的质量百分数与扩散距离的关系，说明镁元素向铝侧扩散与铝元素向镁侧扩散层厚度基本相同约为2μm以上，整体扩散层的厚度为4～5μm，已经实现了有效固态焊合。图5为材料三点弯曲试验的结果，可以看出本发明的镁铝复合材料能够承受很高的弯曲力，可达到586N，接近于AZ31镁合金的二倍，弯曲时间增长，可以实现更大的弯曲角度，力学性能有了大幅度提高。

实施例2

准备一定尺寸的铝合金管材，要求管材的外径与挤压轮槽的尺寸匹配，例如使用TLJ250型挤压设备，挤压轮槽宽度为8mm，则选用8mm直径的铝合金管材，内径不限。同时准备与铝合金内径相配合的镁合金杆料或棒料，例如铝合金内径为5mm，则镁合金杆料直径应为4.5mm-4.9mm，以便于将镁合金杆料顺利***铝合金管材；采用酒精擦拭镁合金芯料表面，去除油污和氧化物，再用金属毛刷进行刷毛处理，以增加复合界面的复合效果，将镁合金杆料***铝合金管材中，用压力机压实，将塞满镁芯或含有聚合物填料的镁芯的铝合金管材送入连续挤压机的挤压轮槽，调节压实轮，调节压实轮使初始下压量大于1-2mm，使杆料上下变形，侧向扩展与挤压轮槽接触，建立有效摩擦条件，在挤压轮的旋转下将含有镁芯的铝杆料导入到变形区，进行连续挤压，最终通过90°转角区，进入挤压模具，即得。其中，挤压模具可以是不同断面尺寸的板材或型材的模具，则可以实现不同尺寸的铝包镁芯板材和型材的生产。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。