權(quán)利要求
1.添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料；其特征在于：所述復(fù)合材料由A層、B層、C層復(fù)合而成，所述A層的材質(zhì)為鋁合金，所述B層的材質(zhì)為鎳或鎳合金，所述C材質(zhì)為鎂合金，所述A層與B層的一面接觸并形成冶金結(jié)合，所述B層的另一面與C層接觸并形成冶金結(jié)合；A層中的元素不會(huì)擴(kuò)散至C層，C層中的元素不會(huì)擴(kuò)散至A層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料；其特征在于：A層的厚度均2-8mm、B層的厚度為2-8mm；C層的厚度小于50μm。
3.添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于；包括下述步驟：
步驟(1)中液壓機(jī)壓力為100-300MPa，保壓時(shí)間為3-10s，生坯厚度2-8mm；
(2)對(duì)Ni箔進(jìn)行表面處理和超聲清洗；所述Ni箔厚度小于等于50μm；
(3)將Ni箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
(4)將裝好樣品的石墨模具放進(jìn)燒結(jié)爐內(nèi)，在真空條件下進(jìn)行低壓梯度升溫?zé)Y(jié)，并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料；，所述低壓梯度升溫?zé)Y(jié)的壓力少于20MPa、燒結(jié)溫度為500-518℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所使用的鋁合金粉末為含有Cu、Mg的鋁合金粉末，形狀為球形、近球形和不規(guī)則形，粒度大小為5-150μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：鎂合金粉末為含有Al、Zn的鎂合金粉末，形狀為球形、近球形和不規(guī)則形，粒度大小為30-150μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中Ni箔厚度為10-50μm，使用1500#和2000#的水磨砂紙進(jìn)行表面處理，并在超聲清洗儀中清洗5-10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中所述真空條件是指燒結(jié)爐內(nèi)氣壓小于5*10-2Pa，更優(yōu)選為爐內(nèi)氣壓小于1.0*10-2Pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中所述低壓燒結(jié)的壓力為10-20MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)所述的梯度升溫工藝為：先以5-10℃/min的升溫速率升高至300℃并保溫10-30分鐘，再以5-8℃/min的升溫速率升高至490℃并保溫10-30分鐘，再以5℃/min的升溫速率升高至500-515℃并保溫1-2小時(shí)，優(yōu)選為1.5小時(shí)最后隨爐冷卻得到鋁鎂復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括下述步驟；
(1)分別將2A12鋁合金粉末、AZ31鎂合金粉末在200MPa壓力下壓制成直徑為40mm的圓形生坯；所用鋁合金粉末的粒徑分布為5-100微米、平均粒徑為29.5微米；所用鎂合金粉末的粒徑分布為30-100微米、平均粒徑為68.6微米；
(2)使用1500#和2000#的水磨砂紙對(duì)約10微米厚的純Ni箔進(jìn)行表面處理后，在超聲清洗儀中清洗10分鐘，取出烘干；此時(shí)Ni箔的厚度為8.5-9.5微米；
(3)將烘干的Ni箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
(4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘，再以7℃/min升至480℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為510℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料；
所得鋁鎂復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為208-212MPa，所得鋁鎂復(fù)合材料的室溫剪切強(qiáng)度為82-84MPa。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金制備技術(shù)，具體涉及一種添加Ni中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
[0002]鋁合金、鎂合金具備著密度低，比強(qiáng)度高，綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是航空航天、汽車制造等領(lǐng)域廣泛使用備受關(guān)注的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。但隨著各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)鋁鎂合金的各項(xiàng)性能提出了更高的要求，因此將鋁鎂合金進(jìn)行復(fù)合形成輕質(zhì)鋁鎂復(fù)合材料，綜合兩種材料優(yōu)點(diǎn)，形成性能互補(bǔ)，比單一均質(zhì)材料具有更廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外制備Al/Mg復(fù)合材料的常用方法有擴(kuò)散連接法、軋制復(fù)合法、爆炸焊接法和攪拌摩擦焊等，軋制復(fù)合法是利用軋機(jī)的壓力使板材發(fā)生塑性變形，破碎金屬表面鈍化層，使原子在壓力和溫度作用下發(fā)生擴(kuò)散形成結(jié)合，這種方法對(duì)軋機(jī)壓力要求較大且較適用于變形能力較好的合金，而鎂合金變形能力較差，軋制時(shí)易產(chǎn)生邊裂，影響性能。爆炸焊接是利用炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和瞬時(shí)高溫使焊接金屬表面發(fā)生塑性變形、局部熔化和相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)金屬?gòu)?fù)合，但爆炸焊接法容易對(duì)覆層板造成損傷，不適用于沖擊韌性較差的材料且不能連續(xù)生產(chǎn)。攪拌摩擦焊是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與焊件摩擦產(chǎn)生熱量在焊件之間形成塑形流動(dòng)區(qū)域從而形成復(fù)合，其缺點(diǎn)在焊縫間容易形成偏析和裂紋等缺陷，影響界面結(jié)合性能。擴(kuò)散連接法是基體材料熔點(diǎn)以下進(jìn)行加熱加壓保溫，使基體間發(fā)生相互擴(kuò)散形成冶金結(jié)合的固態(tài)連接方法，擴(kuò)散連接法形成的接頭缺陷少質(zhì)量良好，界面平整且殘余應(yīng)力小，因此本研究將采用擴(kuò)散連接法對(duì)Al/Mg層狀材料進(jìn)行復(fù)合。但這些方法在對(duì)Al/Mg材料進(jìn)行復(fù)合時(shí)都存在的問題是容易在復(fù)合界面處形成Al/Mg脆性金屬間化合物，影響界面結(jié)合性能，因此本研究通過添加Ni箔中間層來調(diào)控Al/Mg復(fù)合界面，阻止脆性相的生成，提高界面結(jié)合性能。
[0004]CN112828037A公開了一種低溫軋制制備超薄鋁鎂層狀復(fù)合材料的方法，將軋制法與粉末冶金法結(jié)合，使得鋁鎂層狀復(fù)合材料既具有粉末冶金材料晶粒細(xì)小，成分均勻，無偏析的優(yōu)點(diǎn)，又具有軋制復(fù)合界面結(jié)合好，組織致密度高的特點(diǎn)；文獻(xiàn)“Effect of Sninterlayer on mechanical properties and microstructure in Al/Mg friction stirlap welding with different rotational speeds[J].Materials Research Express,2020,7(7):”Zheng Bo等人添加Sn中間層采用攪拌摩擦焊工藝制備了Al/Mg復(fù)合材料，接頭處形成了Mg2Sn相，界面結(jié)合性能提高，斷裂模式從脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榱嘶旌蠑嗔?；文獻(xiàn)“Effect of inert gas-shielding on the interface and mechanical properties ofMg/Al explosive welding composite plate[J].Journal of ManufacturingProcesses,2019,45(166-175)；”中Xiangyu Zeng等人在惰性氣體保護(hù)下采用爆炸焊接法制備了鋁鎂復(fù)合材料，在惰性氣體保護(hù)下，鋁鎂復(fù)合界面處擴(kuò)散區(qū)較窄，沒有出現(xiàn)明顯的脆性金屬間化合物層和氧化物，界面剪切強(qiáng)度約為64MPa，拉伸強(qiáng)度約為147MPa；文獻(xiàn)“Physical Vapor Deposition Assisted Diffusion Bonding of Al Alloy to Mg AlloyUsing Silver Interlayer[J].Metals and Materials International,2021,27(10):4132-4141.”中Hatef Shakeri等人以Ag為中間層，采用擴(kuò)散連接法制備了Al/Mg復(fù)合材料，界面處生成了MgAg、AgZn、Ag5Zn8和Ag2Al相，界面剪切強(qiáng)度提高至31.2MPa。綜上所述，目前采用各種方法所制備得到的鋁鎂復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度仍有待提高，且關(guān)于粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料的研究較少且不完善。
[0005]鑒于此，本研究首創(chuàng)性的將粉末冶金鋁鎂材料的特點(diǎn)與擴(kuò)散連接法進(jìn)行有效的結(jié)合，通過添加高熔點(diǎn)的Ni箔實(shí)現(xiàn)了粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料的一體化燒結(jié)，既簡(jiǎn)化改良了粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料的制備工藝，還大大提高了鋁鎂復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容
[0006]本發(fā)明提供了一種優(yōu)化后的粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料制備方法，并通過添加高熔點(diǎn)的Ni箔中間層大大提升了鋁鎂復(fù)合界面的結(jié)合性能，使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
[0007]在本發(fā)明的研發(fā)過程中，所遇到的難以解決的問題有：
[0008](1)如何選擇中間層的材質(zhì)和厚度；
[0009](2)如何協(xié)調(diào)界面結(jié)合強(qiáng)度、鋁鎂基體致密度與燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間之間的關(guān)系。當(dāng)燒結(jié)溫度高和保溫時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，鋁鎂基體會(huì)與Ni箔在界面處發(fā)生強(qiáng)烈的擴(kuò)散反應(yīng)，產(chǎn)生大量的金屬間化合物聚集，影響鋁鎂復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度；當(dāng)燒結(jié)溫度低和保溫時(shí)間短時(shí)，鋁鎂基體未燒結(jié)致密，力學(xué)性能差，同時(shí)鋁鎂基體也未能與Ni箔形成牢固的冶金結(jié)合；
[0010](3)如何協(xié)調(diào)Ni箔厚度與燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的關(guān)系，在一定的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間條件下，當(dāng)Ni箔較薄時(shí)，鋁鎂能穿過Ni箔發(fā)生互擴(kuò)散，Ni箔的阻礙作用消失，會(huì)有大量鋁鎂脆性金屬間化合物生成，極大地影響界面結(jié)合強(qiáng)度。
[0011]為解決以上問題，得到基體致密，界面結(jié)合良好的高質(zhì)量、高成品率的粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料，在進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)后，得到以下技術(shù)方案，包括鋁合金粉末和鎂合金粉末的壓制成形、Ni箔中間層的表面處理、Al生坯/Ni箔/Mg生坯的低壓梯度升溫共燒結(jié)。
[0012]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料；所述復(fù)合材料由A層、B層、C層復(fù)合而成，所述A層的材質(zhì)為鋁合金，所述B層的材質(zhì)為鎳或鎳合金、優(yōu)選為純鎳，所述C層的材質(zhì)為鎂合金，所述A層與B層的一面接觸并形成冶金結(jié)合，所述B層的另一面與C層接觸并形成冶金結(jié)合；A層中的元素不會(huì)擴(kuò)散至C層，C層中的元素不會(huì)擴(kuò)散至A層。
[0013]作為優(yōu)選，本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料；A層的厚度均2-8mm、B層的厚度為2-8mm；C層的厚度小于50μm。
[0014]A層的材質(zhì)為7055Al合金、2A12鋁合金、2A16中的至少一種。
[0015]C層的材質(zhì)為AZ31鎂合金、AZ61鎂合金、AZ91中的至少一種。
[0016]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：
[0017](1)分別將鋁合金粉末、鎂合金粉末在液壓機(jī)下壓制成形；
[0018]步驟(1)中液壓機(jī)壓力為100-300MPa，保壓時(shí)間為3-10s，生坯厚度2-8mm；
[0019](2)對(duì)Ni箔進(jìn)行表面處理和超聲清洗；所述Ni箔厚度小于等于50μm；
[0020](3)將Ni箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
[0021](4)將裝好樣品的石墨模具放進(jìn)燒結(jié)爐內(nèi)，在真空條件下進(jìn)行低壓梯度升溫?zé)Y(jié)，并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料，所述低壓梯度升溫?zé)Y(jié)的壓力少于20MPa、燒結(jié)溫度為500-518℃。
[0022]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，所使用的鋁合金粉末為含有Cu、Mg的鋁合金粉末，形狀為球形、近球形和不規(guī)則形，粒度大小為5-150μm。
[0023]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，鎂合金粉末為Al、Zn的鎂合金粉末，形狀為球形、近球形和不規(guī)則形，粒度大小為30-150μm。
[0024]在實(shí)驗(yàn)過程中，鋁鎂生坯形狀可為直徑40mm的圓形。
[0025]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，步驟(2)中Ni箔厚度為10-50μm、優(yōu)選為10-20μm，使用1500#和2000#的水磨砂紙進(jìn)行表面處理，并在超聲清洗儀中清洗5-10分鐘。
[0026]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，步驟(4)中所述真空條件是指燒結(jié)爐內(nèi)氣壓小于5*10-2Pa，更優(yōu)選為爐內(nèi)氣壓小于1.0*10-2Pa。
[0027]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，步驟(4)中所述低壓燒結(jié)的壓力為10-20MPa。
[0028]本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，步驟(4)所述的梯度升溫工藝為：先以5-10℃/min的升溫速率升高至300℃并保溫10-30分鐘，再以5-8℃/min的升溫速率升高至490℃并保溫10-30分鐘，再以5℃/min的升溫速率升高至500-515℃并保溫1-2小時(shí)，優(yōu)選為1.5小時(shí)最后隨爐冷卻得到鋁鎂復(fù)合材料。
[0029]采用以上所述的梯度升溫?zé)Y(jié)工藝能更好的控制燒結(jié)過程中的升溫速率和溫度偏差，能讓鋁鎂基體與鎳箔之間充分?jǐn)U散，界面結(jié)合緊密，同時(shí)鋁鎂基體更加致密。
[0030]在本發(fā)明中，必須嚴(yán)格控制鎳箔的厚度，太薄極易導(dǎo)致鋁合金層中的元素?cái)U(kuò)散至鎂合金中，也容易導(dǎo)致鎂合金層中的元素?cái)U(kuò)散至鋁合金中，導(dǎo)致產(chǎn)品的剪切強(qiáng)度迅速衰減。而且在本發(fā)明中選定適當(dāng)厚度的鎳箔后，如何匹配燒結(jié)工藝和鋁合金層以及鎂合金層也至關(guān)重要，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)采用2A12鋁合金層、AZ31鎂合金層配合升溫制度，可以將產(chǎn)品的剪切強(qiáng)度提升至80-84MPa。
[0031]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，本發(fā)明一種添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：
[0032](1)分別將2A12鋁合金粉末、AZ31鎂合金粉末在200MPa壓力下壓制成直徑為40mm的圓形生坯；所用鋁合金粉末的粒徑分布為5-100微米、平均粒徑為29.5微米；所用鎂合金粉末的粒徑分布為30-100微米、平均粒徑為68.6微米；
[0033](2)使用1500#和2000#的水磨砂紙對(duì)約10微米厚的純Ni箔進(jìn)行表面處理后，在超聲清洗儀中清洗10分鐘，取出烘干；此時(shí)Ni箔的厚度為8.5-9.5微米；
[0034](3)將烘干的Ni箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
[0035](4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘，再以7℃/min升至480℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為510℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料；
[0036]所得鋁鎂復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為208-212MPa，所得鋁鎂復(fù)合材料的室溫剪切強(qiáng)度為82-84MPa。
[0037]本發(fā)明的原理：
[0038]本發(fā)明通過添加高熔點(diǎn)的純Ni箔有效的阻止了鋁鎂脆性金屬間化合物生成并在界面處發(fā)生聚集，極大地提高了鋁鎂復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度，此外，Al-Ni共晶溫度點(diǎn)為644℃，Mg-Ni共晶溫度點(diǎn)為506℃，而粉末冶金鋁合金、鎂合金的燒結(jié)溫度也在500℃-520℃之間，這就為粉末冶金Al/Ni/Mg一體化燒結(jié)提供了理論可能。在經(jīng)過許多次的實(shí)驗(yàn)研究和改進(jìn)之后，成功的實(shí)現(xiàn)了添加Ni箔的粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料的共燒結(jié)，同時(shí)其剪切強(qiáng)度有了很大程度的提升。
[0039]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0040]一、該工藝經(jīng)濟(jì)效益高，可一步實(shí)現(xiàn)了粉末冶金鋁鎂兩種金屬材料的基體致密和鋁鎂異種金屬間的連接,顯著降低了生產(chǎn)成本。
[0041]二、由于所添加的Ni箔厚度很小，可以在不影響輕質(zhì)鋁鎂復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的前提下，大大提高了鋁鎂復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度，最大剪切強(qiáng)度可達(dá)84MPa。
[0042]三、本發(fā)明可拓展至多種鋁及鋁合金/鎳及鎳合金中間層/鎂及鎂合金復(fù)合材料的制備，其為鋁鎂層狀復(fù)合材料的開發(fā)提供了一種新的思路，也為鋁鎂層狀復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了必要條件。
附圖說明
[0043]附圖1為添加Ni箔中間層的鋁鎂復(fù)合材料制備工藝流程簡(jiǎn)圖；
[0044]附圖2為實(shí)施例1、對(duì)比例1、對(duì)比例2中所制備得到的鋁鎂復(fù)合樣品宏觀形貌圖；
[0045]附圖3為實(shí)例1中所制備出的AZ31鎂合金/Ni箔/2A12鋁合金復(fù)合材料成品的界面結(jié)合情況和微觀組織圖。
[0046]具體實(shí)施方法
[0047]以下將以實(shí)例對(duì)鋁/Ni中間層/鎂粉末冶金復(fù)合材料的低壓共燒結(jié)制備方法進(jìn)行說明：
[0048]實(shí)施例1：
[0049](1)分別將2A12鋁合金粉末、AZ31鎂合金粉末在200MPa壓力下壓制成直徑為40mm的圓形生坯；所用鋁合金粉末的粒徑分布為5-100微米、平均粒徑為29.5微米；所用鎂合金粉末的粒徑分布為30-100微米、平均粒徑為68.6微米；
[0050](2)使用1500#和2000#的水磨砂紙對(duì)約10微米厚的純Ni箔進(jìn)行表面處理后，在超聲清洗儀中清洗10分鐘，取出烘干；此時(shí)Ni箔的厚度約為9微米；
[0051](3)將烘干的Ni箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
[0052](4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘，再以7℃/min升至480℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為510℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。
[0053]實(shí)施例1所制得的鋁鎂復(fù)合材料基體基本燒結(jié)致密，拉伸強(qiáng)度約為210MPa,達(dá)到了鋁鎂復(fù)合材料的正常水平，而該方法制得的鋁鎂復(fù)合材料室溫剪切強(qiáng)度能達(dá)到84MPa，遠(yuǎn)高于一般鋁鎂復(fù)合材料的20-30MPa。
[0054]實(shí)施例2(采用20μm厚的Ni-Cr-Fe系合金)：
[0055]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于采用20μm厚的Ni-Cr-Fe系合金箔。
[0056]所得鋁鎂基體基本燒結(jié)致密，拉伸強(qiáng)度約為205MPa，達(dá)到了鋁鎂復(fù)合材料的正常水平，同時(shí)由于采用的為Ni-Cr-Fe系鎳合金箔材中間層，Cr和Fe元素的加入使得界面產(chǎn)生了一定量的第二相組織，對(duì)界面整體的結(jié)合強(qiáng)度有所影響，材料剪切強(qiáng)度略低于添加純Ni箔的鋁鎂復(fù)合材料，大約為55MPa。
[0057]實(shí)施例3
[0058]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于采用的鋁合金粉末為7055Al合金；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為230MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為57MPa。
[0059]實(shí)施例4
[0060]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：采用的鎂合金粉末為AZ61鎂合金；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為215MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為65MPa。
[0061]實(shí)施例5
[0062]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于純Ni箔的厚度為50微米；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為210MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為64MPa。
[0063]實(shí)施例6
[0064]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于純Ni箔的厚度為20微米；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為210MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為68MPa。
[0065]實(shí)施例7
[0066]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于純Ni箔的厚度約為5微米；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為212MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為50MPa。而且本實(shí)施例實(shí)施過程中5微米厚的純Ni箔極難得到。制備5微米厚的純Ni箔的成功率不到10％。
[0067]實(shí)施例8
[0068]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：直接以8℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，升溫過程和保溫過程一致加壓壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為190MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為62MPa。
[0069]實(shí)施例9
[0070]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：(4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至480℃保溫20分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為510℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為200MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為66MPa。
[0071]實(shí)施例10
[0072]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：(4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2后開始加熱，先以8℃/min升至480℃保溫20分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為500℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為200MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為66MPa。
[0073]實(shí)施例11
[0074]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：(4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至480℃保溫20分鐘，再以5℃/min升至510℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為515℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為200MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為66MPa。
[0075]實(shí)施例12
[0076]其他條件和實(shí)施例1一致，不同之處在于：采用的鋁合金粉末為7055Al、采用的鎂合金粉為AZ31Mg；其所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度約為235MPa；產(chǎn)品的平均剪切強(qiáng)度能約為55MPa。
[0077]對(duì)比例1(與實(shí)施例1相比較，溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng))
[0078]步驟(1)至步驟(3)與實(shí)例1相同，不同之處在于：將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2時(shí)開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘后，再以7℃/min升至500℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至520℃保溫2小時(shí)，保溫過程中同樣保持10MPa的壓力，工藝結(jié)束后隨爐冷卻。
[0079]對(duì)比例1所制得的樣品出現(xiàn)了大量的熔融現(xiàn)象，這主要是由于溫度高和保溫時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致鎳箔的阻礙作用消失，鋁鎂元素穿過鎳箔發(fā)生了劇烈的互擴(kuò)散，產(chǎn)生了大量鋁鎂金屬間化合物，鋁鎂基體熔損嚴(yán)重，界面有大量脆性金屬間化合物聚集，結(jié)合薄弱。剪切強(qiáng)度約為23MPa,拉伸強(qiáng)度約為130MPa。
[0080]對(duì)比例2(與實(shí)施例1相比較，溫度低，保溫時(shí)間短)
[0081]步驟(1)至步驟(3)與實(shí)例1相同，不同之處在于：將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2時(shí)開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘后，再以7℃/min升至460℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至490℃保溫2小時(shí)，保溫過程中同樣保持10MPa的壓力，工藝結(jié)束后隨爐冷卻。
[0082]對(duì)比例2所制備得到的樣品致密度低，界面結(jié)合強(qiáng)度較差。這主要是由于對(duì)比例2所得樣品共燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間都低于鋁鎂基體的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，使得鋁鎂基體未燒結(jié)致密，拉伸強(qiáng)度低，約為90MPa，同時(shí)由于燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間低，鋁鎂基體與鎳箔中間層的擴(kuò)散不夠充分，界面處未形成有效的冶金結(jié)合，界面剪切強(qiáng)度低，約為20MPa。
[0083]對(duì)比例3(采用50μm的Zn中間層)：
[0084]步驟(1)、(2)和實(shí)施例1一致，不同之處在于：
[0085](3)將烘干的Zn箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
[0086](4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2后開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘，再以6℃/min升至380℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至410℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為410℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。
[0087]對(duì)比例3中由于Zn箔的熔點(diǎn)低，約為420℃，且易與Al/Mg發(fā)生共晶反應(yīng)，因此能燒結(jié)制備成鋁鎂復(fù)合材料的最高溫度為420℃，但該溫度低于鋁鎂基體的燒結(jié)溫度，基體未能燒結(jié)致密，拉伸強(qiáng)度僅能達(dá)到60MPa，同時(shí)由于燒結(jié)溫度達(dá)到420℃，Zn與Al/Mg基體之間反應(yīng)強(qiáng)烈，有大量Mg-Zn，Al-Zn金屬間化合物生成，使得界面結(jié)合較差，剪切強(qiáng)度約為25MPa。
[0088]對(duì)比例4(采用50μm的Cu中間層)：
[0089](1)分別將2A12鋁合金粉末、AZ31鎂合金鎂合金粉末在200MPa壓力下壓制成直徑為40mm的圓形生坯；所用鋁合金粉末的粒徑分布為5-100微米；所用鎂合金粉末的粒徑分布為30-100微米；鋁合金平均粒徑29.5微米；鎂合金平均粒徑68.6微米；
[0090](2)使用1500#和2000#的水磨砂紙對(duì)50μm厚的Cu箔進(jìn)行表面處理后，在超聲清洗儀中清洗10分鐘，取出烘干；
[0091](3)將烘干的Cu箔放置于鋁鎂生坯之間，并放進(jìn)石墨模具內(nèi)；
[0092](4)將裝好樣品的石墨模具放入真空燒結(jié)爐中，抽真空至2*10-2Pa后開始加熱，先以8℃/min升至300℃保溫10分鐘，再以6℃/min升至450℃保溫10分鐘，再以5℃/min升至480℃保溫1.5小時(shí)，同時(shí)溫度為480℃開始加壓，壓力大小為10MPa，工藝結(jié)束后停止加壓并隨爐冷卻，得到粉末冶金鋁鎂復(fù)合材料。
[0093]對(duì)比例4中Cu的熔點(diǎn)高，約為1083℃，雖低于鎳與鎳合金的熔點(diǎn)，但遠(yuǎn)高于Zn的熔點(diǎn)，因此能在更高溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)，但由于Cu與Mg之間共晶反應(yīng)溫度為485℃，當(dāng)溫度高于485℃時(shí)，有大量Mg-Cu系共晶液相產(chǎn)生，影響界面結(jié)合強(qiáng)度。因此采用Cu中間層時(shí)燒結(jié)溫度最高為480℃，該溫度低于鋁鎂基體的燒結(jié)溫度，基體未能完全燒結(jié)致密，拉伸強(qiáng)度約為120MPa，同時(shí)由于Mg-Cu系金屬間化合物在界面處大量聚集，界面結(jié)合強(qiáng)度有所降低，剪切強(qiáng)度約為38MPa。
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添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料及其制備方法.pdf
聲明：
“添加中間層的鋁鎂層狀復(fù)合材料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
1960
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中南大學(xué)
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