本發(fā)明涉及雙層金屬連續(xù)成形和增強異種金屬之間冶金結合的強化工藝，尤其涉及鎂合金/鋁合金雙層金屬之間結合成型材并連續(xù)加工的方法。

背景技術：

隨著科學技術的不斷進步，新結構、新材料和新工藝的應用日益廣泛。現(xiàn)代工程中的許多零部件需要工作在高溫或低溫、腐蝕介質(zhì)、電磁場或放射性環(huán)境中，所選用的材料應該是能滿足工作要求的特殊材料，單獨使用一種材料常常不能滿足實際應用中的各種要求，并且有色金屬材料的用量也比較大。為了節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)貴重有色金屬材料，降低成本，簡化制造工藝，保證不同的工作條件下使用不同的材料，充分發(fā)揮不同材料的性能優(yōu)勢，異種有色金屬材料的復合技術在實際生產(chǎn)中有著廣泛的應用。

異種金屬層狀復合材料是利用復合技術使兩種或兩種以上物理、化學和力學性能不同的金屬在界面上實現(xiàn)牢固冶金結合而制備的一種新型材料。盡管各層金屬仍保持各自原有的特性，但其物理、化學和力學性能比單一金屬優(yōu)越很多，從而在要求抗磨損、抗腐蝕和抗沖擊等領域得到了廣泛的應用。目前采用不同的工藝將不同有色金屬結合在一起，常用的有釬焊、螺絲鎖合、熱脹冷縮結合、機械式壓合等方式，但結合性能普遍不理想，需要一種產(chǎn)生塑性變形作用力的模具來強化兩種金屬的結合作用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是為鎂合金/鋁合金雙層金屬空心型材的生產(chǎn)制備提供一種強化金屬之間冶金結合性能并連續(xù)加工的方法，是一種簡單、效率高、連續(xù)生產(chǎn)、使用方便、應用廣泛、適用的材料廣泛、模具樣式靈活的加工方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：強化雙層金屬間冶金結合成型的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）按照工藝要求，制作模具，在模具成型型腔內(nèi)設置其中一種金屬的預制型材，預制型材是中空結構；

2）將另一種金屬加熱為液態(tài)或半固態(tài)熔體，從澆注口澆注入模具，并用擠壓桿擠壓液態(tài)或半固態(tài)熔體，以產(chǎn)生充型及塑性變形作用力，使兩種金屬結合，液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬充滿預制型材內(nèi)腔，與預制型材內(nèi)表面接觸并產(chǎn)生作用，形成工藝要求的雙層金屬結構。

進一步的特征是：設置加熱棒對模具進行加熱，達到工藝要求的溫度范圍。

所述金屬的預制型材，設置為內(nèi)空的空心結構，配合設置有芯軸；液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬充滿預制型材內(nèi)壁與芯軸外表面之間的空隙。

一種強化雙層金屬間冶金結合成型的模具，其特征在于：包括模具本體，在模具本體內(nèi)設置有成型型腔、澆注口和擠壓桿通道，成型型腔按照工藝要求制作；澆注口設置在模具本體上表面，澆注口與成型型腔連通；擠壓桿通道豎向設置，擠壓桿與擠壓桿通道配合，能在擠壓桿通道內(nèi)上下移動，產(chǎn)生充型及擠壓作用力；在成型型腔內(nèi)，設置有中空的金屬預制型材。

金屬預制型材的中空腔配合設置有芯軸。

芯軸兩端分別設置安裝桿限位固定，在一端的安裝桿的外端，設置固定端，在另一端的安裝桿上，套設有堵頭。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種增強異種有色金屬之間冶金結合的空心型材液態(tài)（或半固態(tài)）/固態(tài)一次連續(xù)擠壓成形的方法，該方法可較好地發(fā)揮鎂合金/鋁合金各自的優(yōu)勢，做到了優(yōu)勢互補，不但能提高空心型材的耐腐蝕，產(chǎn)品重量輕壽命長，而且還提高了空心型材其他性能。

在擠壓塑性變形型腔中鋁合金/鎂合金受塑性變形，可實現(xiàn)兩者良好的界面冶金結合從而獲得雙層金屬復合型材（如鎂合金/鋁合金）。

總之：本發(fā)明的方法，復合成型工藝簡單，結合力較強,，生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低，可大量降低金屬材料的損耗。成型的雙層金屬空心型材組織致密，晶粒尺寸細小，過渡層較厚，應力較小，夾雜物含量少；工藝較為簡單，適用空心型材類型較廣。

附圖說明

圖1為本法實施例的鎂合金/鋁合金雙層金屬空心型材成形模具縱截面示意圖；

圖2是本發(fā)明預置空心型材與芯軸的相互關系。

具體實施方式：

以下將結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明提供了強化雙層金屬間冶金結合成型的方法，其特征在于包括如下步驟：

1、按照工藝要求，制作模具，在模具成型型腔內(nèi)設置其中一種金屬的預制型材；

3、將另一種金屬加熱為液態(tài)或半固態(tài)熔體，從澆注口澆注入模具，并用擠壓桿擠壓液態(tài)或半固態(tài)熔體，以產(chǎn)生充型及塑性變形作用力，使兩種金屬結合，液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬充滿預制型材內(nèi)腔，與預制型材內(nèi)表面接觸并作用，形成工藝要求的雙層金屬結構；

作為一種更優(yōu)化結構，模具需要用加熱裝置加熱，保持在工藝要求的溫度范圍；可設置加熱棒等進行加熱。

其中該種金屬的預制型材，最好是橫向設置，兩端固定，牢固設置在模具型腔內(nèi)，一端或兩端還可以設置堵頭，防止在擠壓桿擠壓時，液態(tài)或半固態(tài)熔體從縫隙滲漏。

金屬的預制型材，可以設置為內(nèi)空的空心結構，在其中空腔內(nèi)設置有芯軸，是異形形狀的芯軸，便于增強兩種金屬之間的結合力，形成牢固連接的雙層金屬結構。液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬充滿預制型材內(nèi)壁與芯軸外表面之間的空隙，與預制型材內(nèi)表面接觸并產(chǎn)生作用力，形成雙層金屬結構。

還可以對型材進行除銹和打毛處理，目的是為增加界面的接觸而積。

如圖1、2所示，本發(fā)明的強化雙層金屬間冶金結合成型的模具，包括模具本體1，在模具本體1內(nèi)設置有成型型腔2、澆注口3和擠壓桿通道4，成型型腔2按照工藝要求制作；澆注口3設置在模具本體1上表面，澆注口3通過澆道與成型型腔2連通，將液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬澆注入成型型腔2內(nèi)；擠壓桿通道4豎向設置，可以與澆注口3連通，作為澆道的一部分；擠壓桿5與擠壓桿通道4配合，能在擠壓桿通道4內(nèi)上下移動，產(chǎn)生擠壓作用力作用在液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬上，擠壓桿5可以設置在安裝板6上，便于通過安裝板6與擠壓裝置連接，通過擠壓裝置的動力形成擠壓作用力。

在成型型腔2內(nèi)，設置有金屬預制型材7，金屬預制型材7按照工藝要求制作，是中空結構；在金屬預制型材7的中空腔中套設芯軸8，芯軸8與金屬預制型材7的中空腔配合，可以是異形形狀的芯軸；金屬預制型材7準確安裝在成型型腔2內(nèi)，芯軸8兩端分別設置安裝桿9限位固定，在一端的安裝桿9的外端，設置固定端頭10，在另一端的安裝桿9上，套設有堵頭11，防止在擠壓桿擠壓時，液態(tài)或半固態(tài)熔體從縫隙中向外滲漏。液態(tài)或半固態(tài)熔體的金屬充滿金屬預制型材7內(nèi)壁與芯軸8外表面之間的空隙。

雙層金屬型材（鎂合金/鋁合金）采用固－液復合法制備，首先要對鋁型材進行除銹和打毛處理，打毛的目的是為增加界面的接觸而積。鎂合金/鋁合金雙層金屬復合層的形成主要是鎂合金和鋁合金的界面反應和相互擴散的結果，而劇烈的塑性變形加速了復合層的界面反應和相互擴散。鎂合金/鋁合金雙層金屬復合界面的冶金結合是通過接觸面上金屬的大塑性變形、熔化和擴散過程實現(xiàn)的。

當液態(tài)鎂合金與固態(tài)鋁合金空心型材接觸時，固態(tài)鋁合金表面發(fā)生界面反應以及鎂合金和鋁原子的相互擴散，在兩種金屬中形成擴散層，在界面上還形成金屬間化合物。復合界面的冶金結合是通過界面層上固體的大塑性變形、局部熔化和原子擴散的物理冶金過程實現(xiàn)的。

將液態(tài)/半固態(tài)鎂合金澆注到擠壓型腔里面，在擠壓桿的作用下使鎂合金合金在液態(tài)或半固態(tài)或高溫固態(tài)下與固態(tài)鋁合金型材進行冶金結合，通過液態(tài)/半固態(tài)鎂合金與固態(tài)鋁合金型材之間的熱流傳輸以及伴生的液/固界面反應溶解與擴散，使液態(tài)/半固態(tài)凝固在鋁合金空心型材內(nèi)表面，在鋁合金空心型材表面凝結的鎂合金處于半凝固態(tài)或固態(tài)時經(jīng)受大塑性變形，即用擠壓桿擠壓產(chǎn)生大塑性變形作用力，使兩者的界面實現(xiàn)冶金結合從而獲得高質(zhì)量雙層金屬管材。另外，由于擠壓出口端存在整形區(qū)，可以提高型材的內(nèi)外表面的表面質(zhì)量。

本發(fā)明能夠產(chǎn)生較大金屬冶金結合的原因是：液態(tài)/半固態(tài)鎂合金在擠壓桿的作用下擠入型腔，鎂合金在此過程變成半固態(tài)/固態(tài)，繼續(xù)在擠壓桿和芯軸的聯(lián)合作用下，半固態(tài)/固態(tài)鎂合金與鋁合金預制型材之間產(chǎn)生大的塑性變形，從而增大冶金結合。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。