CN1830656A - 一种高性能金属复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属金属制品技术领域，具体为一种高性能金属复合材料及其制备方法和应用。该复合材料由5层金属板经表面处理和热轧工艺制备而成，其结构为：第一层不锈钢，第二层纯铝，第三层合金铝，第四层纯铝，第五层不锈钢或不锈铁。制备方法包括：先将三层铝质材料板包覆轧制、热处理，然后将两层钢板与3层铝质复合板再进行热压轧制和热处理。由本发明制得金属复合板材料机械加工性能和物理性能十分优异，可以用于制备各种炒具，如炒锅、烧锅和电磁锅等，制备的炊具的传热性、耐磨性、电磁感应性等较现有炊具都大大改善。
Description
技术领域
本发明属金属制品技术领域，具体涉及一种高性能金属复合材料及其制造方法和应用。
背景技术
现在国内生产炊具制品(如炒锅等)材料通常采用单一的材料。由于单一材料受其固有的物理和化学特性等的限制，使锅体材料的强硬度、耐磨性、耐腐性、热传递性以及电磁感性能和表面处理的工艺性等受到很大局限性，从而使得由单一材料制作的炊具内在和外表的综合性能等表现显得不够领人满意。人们也提出了不少改进措施。例如为弥补不锈钢材料热传导性不足，在不锈钢锅体底部复焊一片热传导性能较好的铝板或铜板来加强传热，制成不锈钢复合锅。又如为使炊具能适合电磁灶具使用，在铝或不锈钢炊具底部复合焊上电磁感应性能较好的材料，使炊具适应在电磁炊具上使用。有时为克服铝炊具材料耐腐蚀性差的缺点，在其表面进行氧化处理，形成氧化膜层保护。又如为克服铁锅易生锈不卫生的缺点，在锅体内表面涂敷防锈保护层。凡此种种，不仅使炊具制造工艺复杂，而且在许多场合也不能给出另人满意的结果。而采用金属复合板制作的炊具就可以避免上述问题的困扰。金属复合板可以根据炊具性能和功能的要求，将具有性能上互补的不同金属材料组合在一起，采用独特的加工方法，使复合板的各层金属材料之间形成十分牢固的原子冶金结合，从而能适应各种深冲、拉伸、胀形、弯曲、冲孔、曳边等冷加工而不分层，使炊具仍然保持其原始的牢固结合状态。
目前可提供的复合板材料组配和规格主要如下：
| 层数 | 材料组配 | 厚度范围(mm) | 图片直径/密度 |
| 二层三层四层 | sus304/AL3003sus403/AL3003sus304/AL1050sus430/AL1050sus304/AL1050/sus304sus304/AL1050/sus430sus430/AL1050/sus304/3003 | 2-42-42-42-41.5-4 | ≤600 |
以上复合板，基材采用铝(型号为AL1050)或铝金属(型号为AL 3003)，复材采用优质不锈钢簿板(型号为sus304或sus430)。
金属复合板的机械性能：
| 层数 | 组合 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 延伸率EL％ |
| 二层三层四层 | sus304/AL3003(或1050)sus403/AL3003(或1050)sus304/AL1050/sus304sus304/AL1050/sus430sus430/AL1050/sus304/AL3003 | TSKgf/mm2≥22≥24≥32≥30≥30 | YSKgf/mm2≥15≥19≥20≥24≥20 | 4525452832 |
采用这些金属复合板材作为锅等炊具材料，具有很大的优越性，但其结合强度及使用寿命等尚有改进和提高之处。其关键是各层材料及处理工艺选择。本发明采用不同金属材料组成复合板，并辅以各种相应的表面处理，不仅使炊具的功能和性能上有改善，也极大的提高了炊具的观赏价值和产品档次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能金属复合材料及其制造方法，并将该金属复合材料用于制作饮具。
本发明提供的高性能金属复合材料，由5层金属板材经表面处理和热压工艺制备获得，其结构为：
第一层 材质不锈钢 厚0.4-0.5mm，
第二层 材质纯铝 厚0.4-0.8mm，
第三层 材质合金铝 厚0.4-0.8mm，
第四层 材质纯铝 厚0.4-0.8mm，
第五层 材质不锈钢或不锈铁 厚0.4-0.6mm。
上述复合材料中，第一层材质可选用型号为sus304不锈钢，第二层材质可选用型号为AL1050纯铝，第三层材质可选用型号为AL3003合金铝，第四层可选用型号为AL1050的纯铝，第五层可选用型号为sus430或304的不锈钢，或不锈铁。
上述金属复合材料的制备方法如下：
1、将纯铝板和合金铝板进行表面打磨处理，使表面光洁、平整；按纯铝、合金铝和纯铝的次序包复轧制，得复合铝板；然后进行退火处理，退火温度控制在380-450℃，时间控制在5-7小时；
2、将不锈钢板或不锈铁板进行表面打磨处理，使表面光洁、平整；将不锈钢板或不锈铁板与前述复合铝板按五层结构进行加热轧压复合，温度控制在220-260℃，压力控制在2500-3000KN；板材移动速度3.5-4.5米/分；最后进行退火处理，退火温度控制在380-450℃，时间控制在1-3小时。
上述制备方法采用二次复合轧制、退火处理工艺，先将中间三层铝质板材进行轧制、退火处理，确保各层材料原子的冶金结合。然后，将五层板材再次进行加热加压复合和退火处理，进一步确保了各层材料的复合强度。而且，中间三层铝材的设置，对提高炊具的加工性能和使用性能有很大好处。由本发明工艺制备的五层金属复合板材料，经过拉伸、弯曲、胀形、冲孔、连等冷加工工艺，不会出现分层现象，可保持其原始的牢固结合状态。
本发明提供的五层金属复合材料的物理性能如下：
1.抗拉强度 MPa 295-335
2.伸长率 ％ 45-52
3.屈服强度 MPa 200-230
因此，本发明的金属复合材料可以用于制备各种炊具，如炒锅、烧锅、电磁锅等。其强度、耐磨性、耐腐性、传热性、电磁感应等性能等都比原有材料好得多。其特点如下：
1、具有良好的热传递性，传热迅速，比铁和不锈钢的传熔率提高近四倍，节约能源。
2、传热十分均匀，炊具受热面温差极小，不易粘糊，使烹饪更加得心应手，食物色香味更佳。
3、耐酸碱腐蚀性强，对人体无害。
4、适合电磁灶使用，增加了使用的功能。
5、锅体强硬度好，不易变形，能确保锅体与锅盖长期密封吻合性能良好。
6、清洗容易，使用方便清洁卫生。
7、耐腐、耐刮，使用寿命长。
8、外观漂亮、产品更具观赏性，提高产品档次品味。
具体实施方式
采用的各层材料的材质及化学成分和机械性能如下：
第一层，不锈钢 型号sus304
| 化学成分 | 机械性能 | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N | Fe | RP0.2 | Rm | A80 |
| ≤0.07 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.04 | ≤0.015 | 17-19.5 | 8.00-10.50 | ≤0.11 | 余量 | ≥230N/mm2 | 540-750N/mm2 | ≥45％ |
第五层，不锈铁 型号sus430
| 化学性能 | 机械性能 | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Fe | RP0.2 | Rm | A80 | HV2.5 |
| ≤0.08 | ≤1.00 | ≤1.00 | ≤0.04 | ≤0.015 | 16.00-18.00 | 0.20 | 余量 | ≥280N/mm2 | 540-600N/mm2 | ≥20％ | 151 |
第二层和第四层，纯铝，型号为AL1050，
| 化学成分 | 机械性能 | |||||||||
| Fe | Si | Cu | Mg | Mn | Zn | Ti | 其它 | Al | 抗拉强度MP2 | 延伸率％ |
| 0.023 | 0.069 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.05 | ＜0.03 | ＜0.05 | 99.6 | 127 | 12 |
第三层，合金铝，型号为AL3003，
| 化学成分 | 机械性能 | |||||||||
| Fe | Si | Cu | Mg | Mn | Zn | Ti | 其它 | Al | 抗拉强度MP2 | 延伸率％ |
| 0.10 | 0.60 | ＜0.10 | ---- | 1-1.6 | 0.10 | ＜0.03 | ＜0.05 | 余量 | 172 | 13 |
五层金属复合材料如下：第一层：不锈钢304SS，第二层：纯铝1050，第三层：铝合金3003，第四层：纯铝1050，第五层：不锈钢430或不锈铁。
实施例1，选材和制备工艺如下：
1、.铝板AL1050，AG3003，剪切；
2、表面打磨处理；
3、三层包复轧制；
4、退火：温度380℃，时间7小时；
5、清洗；
6、钢板304SS和430，剪切；
7、表面打磨处理；
8、清洗；
9、三层包复板和二层钢板加热轧制复合，温度220℃，压力2500KW，速度4米/分；
10、退火：温度380℃，时间3小时。
即得所需五层金属复合板。
物理性能：(1)抗拉强度300MPa；伸长率47％；屈服强度210MPa。
实施例2：选材和制备工艺如下：
1、铝板：AL1050，AL3003，剪切；
2、表面打磨处理；
3、三层包复轧制；
4、退火：温度390℃，时间6小时；
5、清洗；
6、钢板：sns304，sns304，剪切；
7、表面打磨处理；
8、清洗；
9、三层包复板和二层钢板加热轧制复合，温度260℃，压力2500KW，速度4.5米/分；
10、退火：温度450℃，时间1小时。
即得所需五层金属复合板
物理性能：(1)抗拉强度305MPa，(2)伸长率48％，(3)屈服强度215MPa。
实施例3：选材和制备工艺如下：
1.铝板AL1050，AL3003，剪切；
2.表面打磨处理；
3.三层包复轧制；
4.退火：温度400℃，时间5小时；
5.清洗；
6.钢板sus304，sus304，剪切；
7.表面打磨处理；
8.清洗；
9 三层包复板和二层钢板加热轧制复合，温度420℃，压力2700KW，速度3.5米/分；
10 退火：温度260℃，时间1小时。
即得所需五层金属复合板
机械物理性能：(1)抗拉强度315MPa，(2)伸长率49％，(3)屈服强度220MPa。
上述各例中的金属复合材料均可以用制作炒锅、烧锅和电磁锅等炊具，并具有优异的功能和性能。
Claims (4)
1、一种金属复合材料，其特征在于由5层金属板材经表面处理和热压工艺制备获得，其结构为：
第一层 材质不锈钢 厚0.4-0.5mm，
第二层 材质纯铝 厚0.4-0.8mm，
第三层 材质合金铝 厚0.4-0.8mm，
第四层 材质纯铝 厚0.4-0.8mm，
第五层 材质不锈钢或不锈铁 厚0.4-0.6mm。
2、根据权利要求1所述的金属复合材料，其特征在于第一层材质选用型号为sus304不锈钢，第二层材质选用型号为AL1050纯铝，第三层材质选用型号为AL3003合金铝，第四层选用型号为AL1050的纯铝，第五层选用型号为sus430或304的不锈钢，或不锈铁。
3、一种如权利要求1所述的金属复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将纯铝板和合金铝板进行表面打磨处理，使表面光洁、平整；按纯铝、合金铝和纯铝的次序包复轧制，得复合铝板；然后进行退火处理，退火温度控制在380-450℃，时间控制在5-7小时；
(2)将不锈钢板或不锈铁板进行表面打磨处理，使表面光洁、平整；将不锈钢板或不锈铁板与前述复合铝板按五层结构进行加热轧压复合，温度控制在220-260℃，压力控制在2500-3000KN；板材移动速度3.5-4.5米/分；最后进行退火处理，退火温度控制在380-450℃，时间控制在1-3小时。
4、如权利要求1所述的金属复合材料在制备炊具中的应用。
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