[发明专利]一种铝镁复合构件成形连接一体化方法

说明书

本发明公开了一种铝镁复合构件成形连接一体化方法，先制成熔炼用的铝合金材料和一定形状的镁合金坯料，镁合金坯料侧壁切削加工出一定负角度用于和熔体铝合金连接时形成机械互锁，并在镁合金上表面开出凹槽用于和铝合金熔体连接时形成稳定可靠的界面。成形过程中将高温铝液熔体注入放置有被分半式垫环包裹的处于室温下的镁坯料的模具型腔中迅速完成复合锻造。利用铝合金良好的抗腐蚀和抗氧化性能，实现了对镁合金表面的抗腐蚀保护，并通过机械互锁使构件具有良好的结合强度；实现双金属构件成形和连接的一体化，将镁合金的轻量化优势和铝合金的抗氧化抗腐蚀优势有效集成。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域中一种双金属构件成形方法，尤其是是一种铝合金及镁合 金双金属复合构件的锻造成形连接一体化方法。

背景技术

在汽车行业以及航天工业等诸多行业中，单一材料构件已经很难满足先进工艺和技术要 求。复合材料构件的制造具有较强的灵活性，可依据特定环境和特定用途进行设计和改造， 满足各种使用要求。镁合金具有许多特殊的性能：密度小，有利于整体结构的轻量化、超强 的吸收塑变能量、铸造性好、导热性较高、很好的电屏蔽性等。镁合金在过去的十年里得到 了很大的研究和发展，在未来其潜力将极大的满足当今社会所提倡的减重、环保、节能等方 面的需求，因此镁合金在汽车、电子产品、航空航天等领域受到越来越多的关注。但镁合金 的抗腐蚀及抗氧化性能并不理想，虽然镁合金能够在表面生成在一定程度上减轻或者防止镁 进一步发生氧化的膜，但镁表面的这一层保护膜致密性较差且疏松多孔，易被穿透，保护基 体的能力较差，因此导致其耐蚀性较差，呈现出较高的化学活性。因此就涉及到镁合金与铝 合金之间的连接问题。尤其是在裸露的镁合金表面包裹铝合金，以实现复合构件轻量化的同 时保证裸露表面的抗腐蚀及抗氧化性。

目前，二者的连接方式主要集中在钎焊、TIG焊、激光焊等方法。但是，在熔化焊的过程 中，镁合金和铝合金在高温下以液态形式相接触，在焊缝形成大量Mg-Al系金属间化合物， 会严重影响接头性能，无法实际使用。即使是采用母材不熔化的钎焊方法，镁合金和铝合金 也会向液相钎料中溶解，同样不可避免的生成大块Mg-Al系金属间化合物，常规钎焊难以实 现铝镁复合构件的机械连接，导致构件在成形后容易开裂；由于镁合金塑性较低,用常规变 形方法加工较难，且镁合金在常温下锻造很易脆裂，超过40℃高温时则由于氧化及晶粒粗 大而会产生不利影响。由于镁合金锻造温度范围较窄,，镁合金导热系数较大，锻造时接触模 具后降温很快，塑性降低，变形抗力增加，充填性能下降，故镁合金较难锻造。常规的固态 复合锻造方式中，固态镁合金与固态铝合金的结合方式，容易使镁合金发生变形，造成镁合 金与铝合金之间难以获得平直的连接界面，而为了实现最大程度的轻量化，在镁合金与铝合 金结合后，通常都需要对多余的铝合金进行削切，最终只需包裹住裸露在外的镁合金即可， 故固态镁合金与固态铝合金的结合方式在削切后，容易发生镁合金裸露在外的问题，影响复 合构件的抗腐蚀及抗氧化性。

发明内容

为了解决以上镁合金表面抗氧化腐蚀性能较差，常规焊接难以实现铝镁复合构件连接， 且固态复合锻造难以获得平直界面的问题，本发明提供铝镁复合构件成形连接一体化的方法。 技术原理是将铝合金液态模锻和镁合金塑性成形有机结合，将铝合金加热至液态，浇入模具 型腔，利用其流动性好、流变应力低的特点，通过冲头的高压力充填整个型腔，使得铝合金 组织致密、具有良好的力学性能；镁合金坯料侧壁切削加工出一定的负角度，用于和熔体铝 合金连接时形成机械互锁，在镁合金上表面切削加工出一定形状的凹槽用于和铝合金熔体连 接时形成稳定可靠的界面，在室温下难变形的镁合金基体和熔体铝合金通过机械结合和冶金 结合的一体化，获取具有平直可靠界面的铝镁复合锻件。

本发明采用的技术方案是：一种铝镁复合构件成形连接一体化方法，包括以下步骤：

步骤一、将镁合金材料制备成坯料，并对制备后镁合金材料上、在连接成形过程中与铝 合金熔体接触的接触侧壁切削加工出不大于10°的负锥度，同时在制备后镁合金材料上表面 切削加工出若干个具有一定形状的凹槽，得到镁合金坯料；