阅读说明：本技术 粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法 (Method for preparing magnesium-aluminum composite board by combining powder additive manufacturing, rolling and heat treatment ) 是由 熊天英 赵志坡 任宇鹏 王吉强 崔新宇 杜昊 沈艳芳 陶永山 吴杰 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于复合板生产领域,具体涉及一种粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法。首先对镁(合金)基板表面进行前处理(去除氧化膜),然后采用增材制造技术将铝(合金)粉末沉积在基板表面(单侧或双侧)形成预结合板。将预结合板保温退火去除应力,然后加热到一定温度进行轧制处理,最后通过一定的热处理制度调节镁铝复合板的界面结构和力学性质,得到性能优良的镁铝复合板。本发明将金属粉末增材制造技术引入复合板制造领域,可以不受尺寸限制,能够制造任意厚度和长度的镁铝复合板带,不需要中间粘结材料,使镁铝复合板的界面剪切强度提高30％以上,且提高了镁铝复合板的生产效率。(The invention belongs to the field of composite board production, and particularly relates to a method for preparing a magnesium-aluminum composite board by combining powder additive manufacturing, rolling and heat treatment. The method comprises the steps of firstly pretreating the surface of a magnesium (alloy) substrate (removing an oxide film), and then depositing aluminum (alloy) powder on the surface (single side or double sides) of the substrate by an additive manufacturing technology to form a pre-bonding plate. And (3) annealing the pre-bonded plate to remove stress, heating to a certain temperature for rolling, and finally adjusting the interface structure and the mechanical property of the magnesium-aluminum composite plate through a certain heat treatment system to obtain the magnesium-aluminum composite plate with excellent performance. The invention introduces the metal powder additive manufacturing technology into the field of composite board manufacturing, can manufacture the magnesium-aluminum composite board strip with any thickness and length without being limited by size, does not need an intermediate bonding material, improves the interfacial shear strength of the magnesium-aluminum composite board by more than 30 percent, and improves the production efficiency of the magnesium-aluminum composite board.)

粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法

技术领域

本发明属于复合板生产领域，具体涉及一种粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法。

背景技术

镁铝复合板在满足一定力学性能的同时，可以大幅度降低构件的重量。并且兼具了比强度高和耐蚀性好的优点。在航空航天、汽车等要求轻量化的行业有广泛的应用前景。目前，生产镁铝复合板采用的是夹层粘结、爆炸焊接、焊接-轧制等工艺。夹层粘结一般采用无纺布、有机树脂等连接层，结合强度低；爆炸焊接存在尺寸受限、界面结合不均匀等缺点；焊接-轧制技术存在界面氧化、中间开裂等缺点，无法生产大尺寸无焊缝镁铝复合板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，利用冷气动力喷涂技术在镁(合金)基板表面(单侧或双侧)沉积铝(合金)层，经过退火处理和轧制及后热处理得到镁铝复合板。从而，可以将粉末增材制造技术引入镁铝复合板制造领域，拓展镁铝复合板的生产手段，提高镁铝复合板制造效率，，可以制造不受尺寸限制的镁铝复合板。

本发明的技术方案如下：

一种粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，包括以下步骤：

(1)对镁或镁合金基板表面进行前处理酸洗或喷砂去除氧化膜；

(2)采用粉末增材制造技术，将铝或铝合金粉末沉积在基板表面的单侧或双侧形成预结合板；

(3)将步骤(2)得到的预结合板置于马弗炉中保温退火，退火温度为150～600℃，保温时间为15～240min；

(4)将步骤(3)得到的预结合板加热到250～650℃，保温3～10min，然后进行轧制，轧制下压率为10～80％；

(5)对步骤(4)中轧制得到的镁铝复合板进行热处理，在150～650℃保温15～240min，随炉冷却。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(1)中，镁或镁合金基板为纯镁板或AZ系、ZK系、MB系的镁合金板材。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(2)中，铝或铝合金粉末为商用纯铝或1系、2系、3系、4系、5系、6系、7系、8系铝合金粉末。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(2)中，采用的粉末增材制造技术为冷气气动力喷涂，具体条件为：加速气体为压缩空气、氮气、氦气之一或两种以上的混合气体，气体压力为1.0～4.5MPa，气体加热温度为100～650℃，送粉速率为5～200g/min，喷枪距离基板5～40mm，沉积层厚度为0.1～50mm。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(2)中，优选的气体加热温度为250～300℃，沉积层厚度为1～20mm。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(3)中，优选的退火温度为250～400℃，保温时间为60～120min。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(4)中，优选的板材加热温度为400～500℃，轧制下压率为20～50％。

所述的粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的方法，步骤(5)中，优选的热处理包括在350～450℃保温60～120min，随炉冷却。

本发明的设计思想是：

本发明方法首先对镁(合金)基板表面进行清洁，然后采用冷气动力喷涂技术将金属粉末以增材制造的方式沉积在基板表面(单侧或双侧)形成预结合板。将所得预结合板退火处理，然后加热到一定温度保温一段时间后进行轧制，最后进行热处理，得到镁铝复合板。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明可以通过改变粉末成分，方便地生产不同成分的镁铝复合板。

2、本发明通过粉末增材制造技术可以快速生产任意厚度的沉积层，从而得到厚度不同的镁铝复合板。

3、本发明通过增材制造技术实现两种金属的预结合，两种金属间界面洁净，避免现有爆炸焊接技术和焊接-轧制技术存在的氧化，开裂问题。

4、本发明工艺简单，高效低耗，可以生的镁铝复合板材不受尺寸限制。

附图说明

图1为粉末增材制造-轧制-热处理联合制备镁铝复合板的示意图。图中，Ⅰ镁合金板表面清洁，Ⅱ沉积铝合金粉末，Ⅲ退火处理，Ⅳ热轧形成镁铝复合板，Ⅴ热处理。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明首先对镁(或镁合金)基板表面进行前处理(去除氧化膜)，然后采用增材制造技术将铝(或铝合金)粉末沉积在基板表面(单侧或双侧)形成预结合板。将预结合板保温退火去除应力，然后加热到一定温度进行轧制处理，最后通过一定的热处理制度调节镁铝复合板的界面结构和力学性质，得到性能优良的镁铝复合板。

下面对本发明的实施例作详细说明，在以发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。

实施例1：

如图1所示，镁合金板表面清洁后，在镁合金板上沉积铝合金粉末，形成铝合金沉积层，经过退火处理后，通过轧机进行热轧形成镁合金/铝合金复合板，最后进行热处理。

本实施例中，将镁合金AZ31基板进行酸洗，然后用酒精冲洗烘干。利用冷气动力喷涂技术将6061铝合金粉末(粒度为25～50μm)沉积在镁合金基板表面，选用压缩空气作为加速气体，气体压力2.0MPa，加热温度300℃，送粉速率为40g/min，喷枪距工件15mm，生产沉积层厚度1000μm。将预结合板置于马弗炉中加热到400℃，保温120min进行退火。将退火后的镁合金/铝合金复合板加热到550℃，然后进行轧制，轧制下压率为40％。将轧制后的镁合金/铝合金复合板加热到400℃，保温120min，随炉冷却，得到结合强度高，强韧性好的镁合金/铝合金复合板，其性能指标如下：整板拉伸强度达到240MPa，拉剪强度达到110MPa。

实施例2：

本实施例中，将镁合金MB15基板进行酸洗，然后用酒精冲洗烘干。利用冷气动力喷涂技术将3003铝合金粉末(粒度为25～50μm)沉积在镁合金基板表面，选用体积比1：1的压缩空气与氮气作为加速气体，气体压力3.0MPa，加热温度400℃，送粉速率为60g/min，喷枪距工件10mm，生产沉积层厚度500μm。将预结合板置于马弗炉中加热到200℃，保温90min进行退火。将退火后的镁合金/铝合金复合板加热到500℃，然后进行轧制，轧制下压率为50％。将轧制后的镁合金/铝合金复合板加热到350℃，保温90min，随炉冷却，得到结合强度高，强韧性好的镁合金/铝合金复合板，其性能指标如下：整板拉伸强度达到217MPa，拉剪强度达到105MPa。

实施例3：

本实施例中，将镁合金ZK60A基板进行酸洗，然后用酒精冲洗烘干。利用冷气动力喷涂技术将纯铝粉末(粒度为25～50μm)沉积在镁合金基板表面，体积比3：1的氮气与氦气作为加速气体，气体压力4.0MPa，加热温度500℃，送粉速率为80g/min，喷枪距工件20mm，生产沉积层厚度2000μm。将预结合板置于马弗炉中加热到300℃，保温60min进行退火。将退火后的镁合金/纯铝复合板加热到400℃，然后进行轧制，轧制下压率为30％。将轧制后的镁合金/纯铝复合板加热到450℃，保温60min，随炉冷却，得到结合强度高，强韧性好的镁合金/纯铝复合板，其性能指标如下：整板拉伸强度达到286MPa，拉剪强度达到133MPa。

实施例结果表明，本发明将金属粉末增材制造技术引入复合板制造领域，可以不受尺寸限制，能够制造任意厚度和长度的镁铝复合板带，不需要中间粘结材料，使镁铝复合板的界面剪切强度提高30％以上，且提高了镁铝复合板的生产效率。