專利名稱：一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁鋼復(fù)合板的制備方法。
背景技術(shù)：
層狀金屬復(fù)合材料復(fù)合板是利用復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬在界面上實(shí)現(xiàn)牢固的冶金結(jié)合而制備的新型材料。盡管各層金屬仍然保持各自原有特性，但其性能比單一金屬優(yōu)越得多，因此，異種金屬以層狀結(jié)合而成的新型復(fù)合材料近年來受到普遍重視。鋁和鋼作為常見金屬，其復(fù)合板在發(fā)電設(shè)備、汽車、船舶、鋼道交通、核能、機(jī)械、航天、石油、化工等中有著廣泛應(yīng)用。鋁鋼層狀金屬復(fù)合板的生產(chǎn)方法，主要包括半固態(tài)壓力復(fù)合法、爆炸復(fù)合法、粉末冶金法、軋制復(fù)合法、熱浸鋁。半固態(tài)壓力復(fù)合法的基本工藝是按照要求制備覆層金屬半固態(tài)漿料，然后將其澆注在預(yù)先進(jìn)行過表面處理的母板上，在壓力模中加壓成形，實(shí)現(xiàn)界面凝固復(fù)合。但是該方法不能生產(chǎn)帶材，而且存在母板氧化、復(fù)合板界面殘余應(yīng)力較大的問題，影響界面結(jié)合強(qiáng)度。爆炸復(fù)合技術(shù)是固-固相復(fù)合方法，廣泛應(yīng)用于制備金屬復(fù)合板，其原理為利用炸藥做能源，在炸藥的高速引爆和沖擊作用下將兩種或兩種以上的金屬大面積焊接在一起，優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)品性能穩(wěn)定，大部分金屬材料都可以實(shí)現(xiàn)爆炸復(fù)合。缺點(diǎn)在于不適合制備薄膜復(fù)合板，不能生產(chǎn)帶材，鋁鋼界面呈波浪形、界面形貌不易控制。粉末冶金法首先對母材表面進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)需要配置粉末，然后將粉末均勻覆在母材表面，對其進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，最后經(jīng)軋制平整得到復(fù)合板。其特點(diǎn)在于將液相熔化改為粉末冶金，適用于軸瓦合金帶的生產(chǎn)。缺點(diǎn)在于生產(chǎn)過程耗費(fèi)大量能源、對環(huán)境造成很大污染、粉末冶金形成層不夠致密。固-固軋制復(fù)合是生產(chǎn)金屬復(fù)合板廣泛應(yīng)用的技術(shù)，通過軋制產(chǎn)生的新的金屬界面接觸達(dá)到結(jié)合。該方法需要很大的壓下率，要求軋機(jī)龐大，設(shè)備投資大。在已公開的專利《液-固相異種金屬軋制復(fù)合方法及設(shè)備》(申請?zhí)?010擬41. 3) 和已公開文獻(xiàn)《鋼-鋁固液相復(fù)合中浸鍍助焊劑的應(yīng)用研究》(作者張鵬，崔建忠，杜云慧， 巴立民.金屬學(xué)報，1997，V33 (8) :869-873)中提出了液-固軋制法制備鋁鋼層狀金屬復(fù)合板，原理是利用液態(tài)金屬的高擴(kuò)散能力和軋制時產(chǎn)生的壓力，借助復(fù)合焊接劑實(shí)現(xiàn)兩種不同金屬材料的結(jié)合。該方法與固-固復(fù)合軋制相比具有能源消耗少、生產(chǎn)效率高、復(fù)合強(qiáng)度大等優(yōu)勢，但和鋼材熱浸鋁一樣，在生產(chǎn)過程中都需要大量使用釬劑，釬劑本身有毒性， 易在表面和界面析出，不易清除，且熱穩(wěn)定性差、具有腐蝕性、去除氧化物效果不穩(wěn)定，而且液-固軋制法得到的復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度低，只能滿足一般的裝飾要求，難以承受大變形的機(jī)械加工。因此現(xiàn)有液-固軋制法存在制備鋁鋼層狀金屬復(fù)合板存在需要大量使用釬劑，且得到的復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有液-固軋制法存在制備鋁鋼層狀金屬復(fù)合板存在需要大量使用釬劑，且得到的復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度低的問題，而提供一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法。一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將鋼板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在溫度為100°C 400°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱30min 120min，得到鋼板基料；二、首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將純鋁材料全部熔化，然后在 500轉(zhuǎn)/min 10000轉(zhuǎn)/min的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為 6800C 800°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的0. 3 2. 0倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為20mm 300mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為1 3個；三、在頻率為20kHz 100kHz、工作壓力為0. IMI^a 1. OMI^a的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為0° 10°、傳輸速度為5mm/s 150mm/s與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量10% 80%，當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板；四、采用內(nèi)冷式水冷軋輥對步驟三得到的熱薄膜鋁鋼復(fù)合板進(jìn)行冷卻軋制，至表面粗糙度為2 μ m 15 μ m為止，即得到薄膜鋁鋼復(fù)合板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明采用超聲波輔助，有效破除氧化膜，避免了釬劑的使用， 因此降低了對工作人員的毒副作用、對鋁鋼結(jié)合界面的不良影響，且降低了制備成本；三、 因?yàn)楸景l(fā)明采用超聲波輔助，不僅有效破除氧化膜，而且清潔金屬表面氧化膜及其它污漬， 使液態(tài)鋁能夠快速潤濕、鋪展、附著在鋼板基料表面，使薄膜鋁鋼復(fù)合板界面完整結(jié)合，因此提高了結(jié)合強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將鋼板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在溫度為100°C 400°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱30min 120min，得到鋼板基料；二、首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將純鋁材料全部熔化，然后在500轉(zhuǎn)/min 10000轉(zhuǎn)/min的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為680°C 800°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的0. 3 2. 0倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為20mm 300mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為1 3個；三、在頻率為20kHz 100kHz、工作壓力為0. IMI^a 1. OMPa的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為0° 10°、傳輸速度為5mm/s 150mm/s與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量10% 80%， 當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板; 四、采用內(nèi)冷式水冷軋輥對步驟三得到的熱薄膜鋁鋼復(fù)合板進(jìn)行冷卻軋制，至表面粗糙度為2 μ m 15 μ m為止，即得到薄膜鋁鋼復(fù)合板。本實(shí)施方式采用超聲波輔助，有效破除氧化膜，避免了釬劑的使用，因此降低了對工作人員的毒副作用、對鋁鋼結(jié)合界面的不良影響，且降低了制備成本。因?yàn)楸緦?shí)施方式采用超聲波輔助，不僅有效破除氧化膜，而且清潔金屬表面氧化膜及其它污漬，使液態(tài)鋁能夠快速潤濕、鋪展、附著在鋼板基料表面，使薄膜鋁鋼復(fù)合板界面完整結(jié)合，因此提高了結(jié)合強(qiáng)度。采用下屬試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果試驗(yàn)一一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將鋼板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在溫度為250°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱75min，得到鋼板基料；二、首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將純鋁材料全部熔化，然后在5000轉(zhuǎn)/min 的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為740°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的1 1. 5倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為IOOmm 200mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為2個；三、在頻率為60kHz、工作壓力為0. 5MPa的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為5°、傳輸速度為75mm/s與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量50%，當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板；四、 采用內(nèi)冷式水冷軋輥對步驟三得到的熱薄膜鋁鋼復(fù)合板進(jìn)行冷卻軋制，至表面粗糙度為 5 μ m 10 μ m為止，即得到薄膜鋁鋼復(fù)合板。采用拉剪強(qiáng)度測試方法檢測本試驗(yàn)制備的薄膜鋁鋼復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到 70MPao具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟一中在溫度為 200°C 300°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱60min 90min，得到鋼板基料。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二之一不同點(diǎn)是步驟二中在 2000轉(zhuǎn)/min 8000轉(zhuǎn)/min的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為 700°C 780°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的0. 5 1. 8倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為IOOmm 200mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為1 2個。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同點(diǎn)是步驟三中在頻率為50kHz 70kHz、工作壓力為0. 3MPa 0. 7MPa的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為2° 8°、傳輸速度為50mm/s 100mm/S與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量20% 60%，當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板。其它與具體實(shí)施方式
一至三相同。
權(quán)利要求
1.一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，其特征在于超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法是按以下步驟完成的一、首先將鋼板表面污垢和氧化膜去除，烘干后在溫度為100°c 400°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱30min 120min，得到鋼板基料；二、首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將純鋁材料全部熔化，然后在 500轉(zhuǎn)/min 10000轉(zhuǎn)/min的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為 680°C 800°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的0. 3 2. 0倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為20mm 300mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為1 3個；三、在頻率為20kHz IOOkHz、工作壓力為0. IMI^a LOMI5a的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為0° 10°、傳輸速度為5mm/s 150mm/s與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量10% 80%，當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板；四、采用內(nèi)冷式水冷軋輥對步驟三得到的熱薄膜鋁鋼復(fù)合板進(jìn)行冷卻軋制，至表面粗糙度為2 μ m 15 μ m為止，即得到薄膜鋁鋼復(fù)合板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，其特征在于步驟一中在溫度為200°C 300°C的氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱60min 90min，得到鋼板基料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法， 其特征在于步驟二中在2000轉(zhuǎn)/min 8000轉(zhuǎn)/min的葉輪旋轉(zhuǎn)作用下，使液態(tài)鋁形成波峰，液態(tài)鋁的波峰溫度為700°C 780°C，液態(tài)鋁的波峰高度為步驟一得到鋼板基料厚度的 0. 5 1. 8倍，液態(tài)鋁的波峰寬度為IOOmm 200mm，液態(tài)鋁的波峰數(shù)量為1 2個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，其特征在于步驟三中在頻率為50kHz 70kHz、工作壓力為0. 3MPa 0. 7MPa的超聲波輔助下，將步驟一得到的鋼板基料以傾斜角度為2° 8°、傳輸速度為50mm/s 100mm/S 與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰接觸，并且在步驟一得到的鋼板基料的作用下使步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰高度下降量20% 60%，當(dāng)步驟一得到的鋼板基料與步驟二產(chǎn)生的液態(tài)鋁的波峰脫離后即得到熱薄膜鋁鋼復(fù)合板。
全文摘要
一種超聲波輔助液-固軋制制備薄膜鋁鋼復(fù)合板的方法，它涉及一種鋁鋼復(fù)合板的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有液-固軋制法存在制備鋁鋼層狀金屬復(fù)合板存在需要大量使用釬劑，且得到的復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度低的問題。方法一、首先將鋼板表面進(jìn)行處理，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)熱；二、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將純鋁材料全部熔化，并使液態(tài)鋁形成波峰；三、在超聲波輔助下進(jìn)行鍍鋁；四、采用內(nèi)冷式水冷軋輥進(jìn)行冷卻軋制，即得到薄膜鋁鋼復(fù)合板。優(yōu)點(diǎn)一、避免了釬劑的使用，降低了對工作人員的毒副作用、對鋁鋼結(jié)合界面的不良影響，且降低了制備成本；三、提高了結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明主要用于制備薄膜鋁鋼復(fù)合板。
文檔編號B21B47/00GK102489529SQ201110385479
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者于漢臣, 冷雪松, 葉廣郁, 楊天豪, 王謙, 閆久春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)