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權(quán)利要求
1.軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于,包括以下步驟: S1.根據(jù)需要選取寬度和長度尺寸相同的兩塊鎂合金板、兩塊鎳合金板和一塊鋼帶,將鎂合金板、鎳合金板和鋼帶分別進(jìn)行退火韌化處理: 鎂合金板的退火韌化處理溫度為350~400℃,保溫時間為120~180min; 鎳合金板的退火韌化處理溫度為650℃~750℃,保溫時間為120~180min; 鋼帶的退火韌化處理溫度為700℃~850℃,保溫時間為60~120min; S2.利用激光清洗分別對鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面進(jìn)行處理,使新鮮金屬露出,并通過控制激光清洗參數(shù),在鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面上制備平行于板材寬度方向的微織構(gòu);然后,依次采用角磨機打磨、砂紙打磨、丙酮擦拭、風(fēng)干,去除鎂合金板非激光清洗面和鋼帶兩側(cè)表面的銹層及氧化層,并對機械打磨面涂敷阻隔劑; 其中: 鎂合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為50W~100W,掃描速率為2000mm/s~3000mm/s,激光束掃描線寬為20mm~35mm,鎂合金板上微織構(gòu)的深度為300μm~500μm; 鎳合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為150W~200W,掃描速率為3500mm/s~4000mm/s,激光束掃描線寬為35mm~45mm,鎳合金板上微織構(gòu)的深度為500μm~800μm; S3、依次按照鎳合金板-鎂合金板-鋼帶-鎂合金板-鎳合金板的順序進(jìn)行對稱組坯,并且鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰相配合,鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)相配合,待加工表面貼合對齊,制得層狀復(fù)合坯料,采用鋁制鉚釘將層狀復(fù)合坯料固定; S4、用真空電子束焊接方式對步驟S3制得的層狀復(fù)合坯料進(jìn)行封焊處理,真空度保持在0.01Pa~0.05Pa,保證待加工界面之間處于真空狀態(tài); S5、將惰性氣體通入感應(yīng)加熱爐,將步驟S4封焊后制得的層狀復(fù)合坯料置于加熱爐中加熱至550℃~750℃,保溫120min~180min,獲得熱處理復(fù)合坯料; S6、將步驟S5制得的熱處理復(fù)合坯料熱送軋機進(jìn)行軋制,首道次壓下率為15%~20%,總壓下率為50%~60%,軋制速度為0.5m/min~2m/min,獲得軋制復(fù)合坯料; S7、將步驟S6制得的軋制復(fù)合坯料進(jìn)行退火處理,退火溫度為350℃,退火時間為120min; S8、切除步驟S7制得的退火態(tài)軋制復(fù)合坯料的封焊位置,去除鋼帶層,獲得兩塊鎳-鎂復(fù)合板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:在所述步驟S2中,激光清洗過程中激光束與待激光清洗表面相互垂直,激光束的焦點位于待清洗表面。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:在所述步驟S2中,每一道微織構(gòu)首尾相接,連續(xù)的微織構(gòu)整體上呈蛇形沿板材的長度方向設(shè)置。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:在所述步驟S2中,通過設(shè)置激光往復(fù)掃描次數(shù)控制微織構(gòu)的深度。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:在所述步驟S2中,阻隔劑為滑石粉、石墨粉、橡膠或者潤滑油中的任一種。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:在所述步驟S5中,惰性氣體為純凈度為99%的氬氣或者氦氣。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,其特征在于:所述鎳合金板的厚度不大于2mm,鋼帶與鎳合金板的厚度相等,鎂合金板與鎳合金板單層厚度比為(5~20):1,層狀復(fù)合坯料的厚度不大于50mm。
說明書
軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及的是一種軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法。
背景技術(shù)
鎂合金固有的塑性變形能力低、表面缺口敏感性強、耐蝕性差等不足,使得鎂合金相對于眾多金屬材料的應(yīng)用是相當(dāng)受限的。目前改善鎂合金表面腐蝕性的方法有電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法來為鎂合金添加金屬涂層,提高鎂合金基體的腐蝕性。上述操作復(fù)雜,且涂層薄,涂層跟鎂基體結(jié)合強度低,對鎂合金基體的力學(xué)性能沒有改善。
鎳基合金是能夠抵抗酸、堿、鹽及其溶液與其它一些腐蝕介質(zhì)腐蝕的一種高合金鋼,是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的金屬之一。鎳基合金除優(yōu)秀的耐蝕性外,還具有優(yōu)良的機械強度、耐高溫氧化性、韌性及焊接性。鑒于鎳基合金具有塑性高、抗腐蝕的特征,如果將鎂合金與鎳基合金結(jié)合制成復(fù)合材板,不僅可以提高鎂合金材料的表面耐蝕性能,還可以提高鎂合金基體的綜合力學(xué)性能,滿足材料的服役要求。這是拓寬鎂合金材料應(yīng)用的有效途徑,具有重要的實用意義。
目前,制備層狀金屬復(fù)合材料方法加工方法是爆炸焊接法和軋制復(fù)合。
爆炸焊接法是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力,使鎳合金板與鎂合金板高速碰撞,實現(xiàn)鎳與鎂之間的冶金結(jié)合,界面為波狀結(jié)合,結(jié)合強度高。但是,爆炸焊接法不僅存在能量消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重、工序繁雜、生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品成本高等問題,而且無法連續(xù)化生產(chǎn)大尺寸大卷重層狀復(fù)合材料。
當(dāng)前,軋制法制備金屬層狀復(fù)合材料已經(jīng)成為一種趨勢,由于鎳、鎂兩種金屬的材料性能(變形抗力、塑性、導(dǎo)熱性、熔點等)差異較大,在制備過程中主要存在兩個問題:一是軋后鎳、鎂坯料變形極不協(xié)調(diào),二是復(fù)合板界面為平直結(jié)合,結(jié)合強度偏低,界面易分層。
波形結(jié)合界面和平直界面是金屬層狀復(fù)合材料常規(guī)的結(jié)合界面,而波形結(jié)合界面是爆炸焊接復(fù)合板的特有界面,因為波形界面有利于擴大異種材料的冶金結(jié)合區(qū),同時形成機械互鎖效應(yīng),將會增加界面結(jié)合強度。軋制法制備復(fù)合板通常是平直的結(jié)合界面,強度較波形界面較低,后期彎曲、卷制等加工常出現(xiàn)界面分層。如果能夠利用軋制法制備波形界面,將加大復(fù)合材料界面結(jié)合強度,有利于軋制復(fù)合材料后期再加工制造。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,包括以下步驟:
S1.根據(jù)需要選取寬度和長度尺寸相同的兩塊鎂合金板、兩塊鎳合金板和一塊鋼帶,將鎂合金板、鎳合金板和鋼帶分別進(jìn)行退火韌化處理:
鎂合金板的退火韌化處理溫度為350~400℃,保溫時間為120~180min;
鎳合金板的退火韌化處理溫度為650℃~750℃,保溫時間為120~180min;
鋼帶的退火韌化處理溫度為700℃~850℃,保溫時間為60~120min;
S2.利用激光清洗分別對鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面進(jìn)行處理,使新鮮金屬露出,并通過控制激光清洗參數(shù),在鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面上制備平行于板材寬度方向的微織構(gòu);然后,依次采用角磨機打磨、砂紙打磨、丙酮擦拭、風(fēng)干,去除鎂合金板非激光清洗面和鋼帶兩側(cè)表面的銹層及氧化層,并對機械打磨面涂敷阻隔劑,便于軋后鋼帶和鎂合金板進(jìn)行分離;
其中:
鎂合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為50W~100W,掃描速率為2000mm/s~3000mm/s,激光束掃描線寬為20mm~35mm,鎂合金板上微織構(gòu)的深度為300μm~500μm;
鎳合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為150W~200W,掃描速率為3500mm/s~4000mm/s,激光束掃描線寬為35mm~45mm,鎳合金板上微織構(gòu)的深度為500μm~800μm;
S3、依次按照鎳合金板-鎂合金板-鋼帶-鎂合金板-鎳合金板的順序進(jìn)行對稱組坯,并且鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰相配合,鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)相配合,待加工表面貼合對齊,制得層狀復(fù)合坯料,采用鋁制鉚釘將層狀復(fù)合坯料固定;
S4、用真空電子束焊接方式對步驟S3制得的層狀復(fù)合坯料進(jìn)行封焊處理,真空度保持在0.01Pa~0.05Pa,保證待加工界面之間處于真空狀態(tài);
S5、將惰性氣體通入感應(yīng)加熱爐,將步驟S4封焊后制得的層狀復(fù)合坯料置于加熱爐中加熱至550℃~750℃,保溫120min~180min,獲得熱處理復(fù)合坯料;
S6、將步驟S5制得的熱處理復(fù)合坯料熱送軋機進(jìn)行軋制,首道次壓下率為15%~20%,總壓下率為50%~60%,軋制速度為0.5m/min~2m/min,獲得軋制復(fù)合坯料;
S7、將步驟S6制得的軋制復(fù)合坯料進(jìn)行退火處理,加速鎳和鎂元素之間的固態(tài)擴散,提高界面的結(jié)合強度。退火溫度為350℃,退火時間為120min;
S8、切除步驟S7制得的退火態(tài)軋制復(fù)合坯料的封焊位置,去除鋼帶層,獲得兩塊鎳-鎂復(fù)合板。
進(jìn)一步地,在所述步驟S2中,激光清洗過程中激光束與待激光清洗表面相互垂直,激光束的焦點位于待清洗表面。
進(jìn)一步地,在所述步驟S2中,每一道微織構(gòu)首尾相接,連續(xù)的微織構(gòu)整體上呈蛇形沿板材的長度方向設(shè)置。
進(jìn)一步地,在所述步驟S2中,通過設(shè)置激光往復(fù)掃描次數(shù)控制微織構(gòu)的深度。
進(jìn)一步地,在所述步驟S2中,阻隔劑為滑石粉、石墨粉、橡膠或者潤滑油中的任一種。
進(jìn)一步地,在所述步驟S5中,惰性氣體為純凈度為99%的氬氣或者氦氣,防止鎳合金板加熱過程中表面被氧化。
進(jìn)一步地,所述鎳合金板的厚度不大于2mm,鋼帶與鎳合金板的厚度相等,鎂合金板與鎳合金板單層厚度比為(5~20):1,層狀復(fù)合坯料的厚度不大于50mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為:
(1)、軋制前對鎂合金板和鎳合金板的待復(fù)合面進(jìn)行激光清洗,制備微織構(gòu),然后進(jìn)行軋制復(fù)合,使鎂/鎳連接界面產(chǎn)生波狀結(jié)合面,增加冶金結(jié)合區(qū)域,同時產(chǎn)生機械互鎖,增加了鎂/鎳復(fù)合材料的界面結(jié)合強度。此外,激光清洗方法相對于傳統(tǒng)的化學(xué)清洗和機械清洗效率更好,且環(huán)保、無污染;
(2)、將鋼帶作為襯板,鋼帶促進(jìn)鎳-鎂軋制協(xié)調(diào)變形。同時利用鎂鋼冶金不互溶的特性,并涂敷阻隔劑,軋制退火處理完成后,將鎂-鋼分離,去除鋼帶層,獲得兩塊鎳-鎂復(fù)合板,效率高。
附圖說明
圖1為激光清洗路徑示意圖;
圖2為層狀復(fù)合坯料縱剖結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為層狀復(fù)合坯料軋制示意圖;
圖4為實施例1制得的鎳-鎂復(fù)合板波形結(jié)合界面微觀形貌圖;
圖5為實施例1制得的鎳-鎂復(fù)合板界面元素擴散圖。
圖中:1為鎳合金板,2為鎂合金板,3鋼帶,4為軋輥。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實施例1
本實施例1選擇選擇兩塊AZ31B鎂合金板和兩塊純鎳合金板作為軋制復(fù)合的母材,AZ31B鎂合金板的尺寸為:長度450mm×寬度300mm×厚度10mm,純鎳合金板的尺寸為:450mm×300mm×1.5mm。選取一塊Q235鋼帶作為襯墊層,長度450mm×寬度300mm×厚度1.5mm。
一種軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,包括以下步驟:
S1.根據(jù)需要選取寬度和長度尺寸相同的兩塊鎂合金板、兩塊鎳合金板和一塊鋼帶,將鎂合金板、鎳合金板和鋼帶分別進(jìn)行退火韌化處理:
鎂合金板的退火韌化處理溫度為380℃,保溫時間為150min;
鎳合金板的退火韌化處理溫度為750℃,保溫時間為120min;
鋼帶的退火韌化處理溫度為750℃,保溫時間為90min;
S2.利用激光清洗分別對鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面進(jìn)行處理,激光清洗過程中激光束與待激光清洗表面相互垂直,激光束的焦點位于待清洗表面,使新鮮金屬露出,并通過控制激光清洗參數(shù),在鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面上制備平行于板材寬度方向的微織構(gòu),每一道微織構(gòu)首尾相接,連續(xù)的微織構(gòu)整體上呈蛇形沿板材的長度方向設(shè)置(如圖1所示);然后,依次采用角磨機打磨、砂紙打磨、丙酮擦拭、風(fēng)干,去除鎂合金板非激光清洗面和鋼帶兩側(cè)表面的銹層及氧化層,并對機械打磨面涂敷阻隔劑,阻隔劑為滑石粉;
其中:
鎂合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為75W,掃描速率為2500mm/s,激光束掃描線寬為30mm,鎂合金板上微織構(gòu)的深度為400μm;
鎳合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為160W,掃描速率為3600mm/s,激光束掃描線寬為40mm,鎳合金板上微織構(gòu)的深度為600μm;通過設(shè)置激光往復(fù)掃描次數(shù)控制微織構(gòu)的深度;
S3、依次按照鎳合金板-鎂合金板-鋼帶-鎂合金板-鎳合金板的順序進(jìn)行對稱組坯,并且鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰相配合,鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)相配合,待加工表面貼合對齊,制得層狀復(fù)合坯料(如圖2所示),采用鋁制鉚釘將層狀復(fù)合坯料固定;
S4、用真空電子束焊接方式對步驟S3制得的層狀復(fù)合坯料進(jìn)行封焊處理,真空度保持在0.03Pa,保證待加工界面之間處于真空狀態(tài);
S5、將純凈度為99%的氬氣通入感應(yīng)加熱爐,將步驟S4封焊后制得的層狀復(fù)合坯料置于加熱爐中加熱至650℃,保溫150min,獲得熱處理復(fù)合坯料;
S6、如圖3所示,將步驟S5制得的熱處理復(fù)合坯料熱送軋機進(jìn)行軋制,首道次壓下率為15%,總壓下率為50%,軋制速度為0.5m/min,獲得軋制復(fù)合坯料;
S7、將步驟S6制得的軋制復(fù)合坯料進(jìn)行退火處理,退火溫度為350℃,退火時間為120min;
S8、切除步驟S7制得的退火態(tài)軋制復(fù)合坯料的封焊位置,去除鋼帶層,獲得兩塊鎳-鎂復(fù)合板。
按照GB/T7734-2015復(fù)合板超聲波檢驗的要求對鎳/鎂波紋界面復(fù)合材料界面進(jìn)行探傷,探傷結(jié)果表明鎳/鎂波紋界面復(fù)合板的結(jié)合率為99.8%;根據(jù)GB/T6369-2008,測試鎳/鎂復(fù)合板界面拉剪強度,界面的拉剪強度為205MPa,對拉剪斷裂界面進(jìn)行面掃描分析,兩斷裂面的組成元素全部為鎂,說明拉剪斷裂發(fā)生在鎂合金位置,而不是在界面位置,證明了軋制法制備的鎳/鎂復(fù)合材料界面結(jié)合強度高;如圖4所示,利用掃面電鏡SEM觀察復(fù)合界面,結(jié)合區(qū)域呈現(xiàn)出波形狀,界面結(jié)合完好,無氣孔、裂紋等缺陷。如圖5所示,利用EDS在界面附近做線掃面分析,鎂元素和鎳元素發(fā)生擴散,說明兩種材料通過擴散反應(yīng)實現(xiàn)了冶金結(jié)合。
實施例2
本實施例2選擇選擇兩塊AZ61鎂合金板和兩塊純鎳合金板作為軋制復(fù)合的母材,AZ61鎂合金板的尺寸為:長度450mm×寬度300mm×厚度12mm,純鎳合金板的尺寸為:450mm×300mm×2mm。選取一塊Q235鋼帶作為襯墊層,長度450mm×寬度300mm×厚度2mm。
一種軋制制備鎳-鎂復(fù)合板的方法,包括以下步驟:
S1.根據(jù)需要選取寬度和長度尺寸相同的兩塊鎂合金板、兩塊鎳合金板和一塊鋼帶,將鎂合金板、鎳合金板和鋼帶分別進(jìn)行退火韌化處理:
鎂合金板的退火韌化處理溫度為380℃,保溫時間為150min;
鎳合金板的退火韌化處理溫度為750℃,保溫時間為120min;
鋼帶的退火韌化處理溫度為750℃,保溫時間為90min;
S2.利用激光清洗分別對鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面進(jìn)行處理,激光清洗過程中激光束與待激光清洗表面相互垂直,激光束的焦點位于待清洗表面,使新鮮金屬露出,并通過控制激光清洗參數(shù),在鎳合金板和鎂合金板的待復(fù)合表面上制備平行于板材寬度方向的微織構(gòu),每一道微織構(gòu)首尾相接,連續(xù)的微織構(gòu)整體上呈蛇形沿板材的長度方向設(shè)置;然后,依次采用角磨機打磨、砂紙打磨、丙酮擦拭、風(fēng)干,去除鎂合金板非激光清洗面和鋼帶兩側(cè)表面的銹層及氧化層,并對機械打磨面涂敷阻隔劑,阻隔劑為石墨粉;
其中:
鎂合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為75W,掃描速率為2500mm/s,激光束掃描線寬為30mm,鎂合金板上微織構(gòu)的深度為400μm;
鎳合金板待復(fù)合面激光清洗的激光功率為160W,掃描速率為3600mm/s,激光束掃描線寬為40mm,鎳合金板上微織構(gòu)的深度為650μm;通過設(shè)置激光往復(fù)掃描次數(shù)控制微織構(gòu)的深度;
S3、依次按照鎳合金板-鎂合金板-鋼帶-鎂合金板-鎳合金板的順序進(jìn)行對稱組坯,并且鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰相配合,鎂合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波峰區(qū)與對應(yīng)的鎳合金板待復(fù)合表面上微織構(gòu)的波谷區(qū)相配合,待加工表面貼合對齊,制得層狀復(fù)合坯料,采用鋁制鉚釘將層狀復(fù)合坯料固定;
S4、用真空電子束焊接方式對步驟S3制得的層狀復(fù)合坯料進(jìn)行封焊處理,真空度保持在0.03Pa,保證待加工界面之間處于真空狀態(tài);
S5、將純凈度為99%的氬氣通入感應(yīng)加熱爐,將步驟S4封焊后制得的層狀復(fù)合坯料置于加熱爐中加熱至650℃,保溫150min,獲得熱處理復(fù)合坯料;
S6、將步驟S5制得的熱處理復(fù)合坯料熱送軋機進(jìn)行軋制,首道次壓下率為20%,總壓下率為40%,軋制速度為0.8m/min,獲得軋制復(fù)合坯料;
S7、將步驟S6制得的軋制復(fù)合坯料進(jìn)行退火處理,退火溫度為350℃,退火時間為120min;
S8、切除步驟S7制得的退火態(tài)軋制復(fù)合坯料的封焊位置,去除鋼帶層,獲得兩塊鎳-鎂復(fù)合板。
按照GB/T7734-2015復(fù)合板超聲波檢驗的要求對鎳/鎂波紋界面復(fù)合材料界面進(jìn)行探傷,探傷結(jié)果表明鎳/鎂波紋界面復(fù)合板的結(jié)合率為99.8%;根據(jù)GB/T6369-2008,測試鎳/鎂復(fù)合板界面拉剪強度,界面的拉剪強度為185MPa,對拉剪斷裂界面進(jìn)行面掃描分析,兩斷裂面的組成元素全部為鎂,說明拉剪斷裂發(fā)生在鎂合金位置,而不是在界面位置,證明了軋制法制備的鎳/鎂復(fù)合材料界面結(jié)合強度高;利用掃面電鏡SEM觀察復(fù)合界面,結(jié)合區(qū)域呈現(xiàn)出波形狀,界面結(jié)合完好,無氣孔、裂紋等缺陷。利用EDS在界面附近做線掃面分析,鎂元素和鎳元素發(fā)生擴散,說明兩種材料通過擴散反應(yīng)實現(xiàn)了冶金結(jié)合。
以上所述,僅為本發(fā)明的具體實施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。