CN104209697A - 一种层状钛铝复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于层状复合材料的制备加工技术领域的一种层状钛铝复合板的制备方法。此方法先通过固液熔覆对组合后的钛或钛合金板表面涂镀一层铝或铝合金，再通过热扩散/热轧复合实现铝或铝合金板与涂镀后的板材之间的复合，得到层状钛铝复合板坯，最后通过冷轧制变形得到层状钛铝复合板的成品。与爆炸/轧制复合方法相比，这种方法的成本和工艺难度大大降低、生产效率大大提高；与传统的固液复合方法相比，这种方法制备的钛铝复合板不仅性能更好，而且铝层厚度较大，节约了材料；制备的层状钛铝复合板兼具铝的热传导性能好和钛的耐高温等性能优点，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。

Description

一种层状钛铝复合板的制备方法
技术领域
本发明属于层状复合材料的制备加工技术领域，将固液复合、扩散复合、轧制复合的原理相结合，提供了一种新型的层状钛铝复合板的制备方法。
背景技术
层状钛铝复合板是由钛（或者钛合金）与铝（或者铝合金）组成的复合材料，兼具铝的热传导性能好和钛的耐高温等性能优点，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。
层状钛铝复合板的制备方法一直是该材料的研究热点问题。目前，已经见诸报道的有爆炸复合、轧制复合、热扩散复合等。其中，爆炸复合是层状钛铝复合板最主要的生产制备方法之一。这种方法利用装药爆炸产生的瞬间巨大能量，实现钛板和铝板之间的冶金结合。但是，爆炸复合的成本较高，技术难度较大，爆炸过程中板材的变形量较难控制，且钛铝界面比较容易产生缺陷和杂质，降低了产品的成材率。
固液复合方法也是制备层状复合材料的重要技术之一。这种方法成本低、易操作，可以实现两种金属之间的牢固结合，也可以用于制备层状钛铝复合板。但是，固液复合方法存在一定的缺点，即由于铝的熔点远低于钛，只能够实现对钛或者钛合金表面涂镀铝，而且涂镀层的厚度仅有0.5-2mm。另一方面，单独采用轧制复合或热扩散复合方法制备的层状钛铝复合板两层金属之间的结合强度不足，限制了其性能和应用领域。因此，探索和研究出一种低成本、高效率、高结合强度的层状钛铝复合板的制备方法，对这种材料的发展起着至关重要的作用。
本发明针对目前层状钛铝复合板的制备方法的现存问题，将固液复合、扩散复合、轧制复合的原理相结合，提供了一种新型的制备方法。与爆炸复合方法相比，这种方法的成本和工艺难度大大降低，生产效率也大大提高；与传统的固液复合方法相比，这种方法制备的钛铝复合板不仅性能更好，而且铝层厚度较大，节约了材料。
发明内容
本发明将固液复合、轧制复合、扩散复合的原理相结合，提供了一种新型的层状钛铝复合板的制备方法。这种方法的主要内容是，先通过固液熔覆对组合后的钛或钛合金板表面涂镀一层铝或铝合金，再通过热扩散/热轧复合实现铝或铝合金板与涂镀后的板材之间的复合，得到层状钛铝复合板坯，最后通过轧制变形得到层状钛铝复合板的成品。工艺流程为：钛或钛合金板焊接组坯→表面处理→固液熔覆→表面处理→钛铝复合板焊接组坯→热扩散/热轧复合→冷轧变形→校平及切边。
本发明的具体实施步骤如下：
一种层状钛铝复合板的制备方法，包括步骤如下：
（1）钛或钛合金板焊接组坯：将两块厚度为1-2mm、尺寸规格完全相同的钛或者钛合金板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；
（2）表面处理：将焊接的钛或钛合金板坯外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；
（3）固液熔覆：将表面处理的钛或者钛合金板坯浸入熔化的铝或者铝合金液中，使钛或钛合金板表面熔覆上一层厚度为0.5-1mm的铝或铝合金层，得到复合板坯料；
（4）表面处理：将固液熔覆的复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；
（5）钛铝复合板焊接组坯：在复合板坯料的上下表面分别紧密贴合一块与其尺寸相同、厚度为4-8mm的铝或铝合金板，并且将其与复合板坯料进行四边焊接组坯，即组坯方式为：铝-铝-钛-钛-铝-铝；
（6）热扩散/热轧复合：将焊接组坯后的复合板坯放入加热炉中加热到200-250℃，保温1h，进行一个道次的初轧变形，压下率为5%；随后，将初轧后的复合板坯在氩气保护下加热到450-530℃，保温2-4h，进行热轧变形，使步骤（5）中贴合的铝或铝合金板与固液熔覆的铝或者铝合金实现完全结合；变形后将焊接的边缘部分切割掉，并把最初焊接在一起的钛或者钛合金板分开，得到单张热轧层状钛铝复合板坯；
（7）冷轧变形： 将单张热轧层状钛铝复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为5-40%，直至得到厚度为1.5-2mm的层状钛铝复合板；
（8）校平及切边：将冷轧的钛铝复合板进行裁边、精整、校平，得到层状钛铝复合板。
步骤（3）中所述固液熔覆的温度为650-800℃下，时间为10-30min。
步骤（5）中所述铝或者铝合金板与步骤（3）中所述铝或者铝合金液成份完全相同。
所述步骤（6）中的热轧变形的工艺为：每道次压下率为10~35%，总共进行3~6道次，总压下率为60-80%，轧制完成后空冷至室温。
本发明的优点在于：
（1）采用固液熔覆的复合方法首先实现钛或者钛合金和铝或者铝合金的冶金结合，既保证了界面结合强度、避免了界面缺陷，与爆炸复合相比又可以大大降低成本、提高生产效率。
（2）将同成份铝或者铝合金板通过热扩散/热轧复合与固液熔覆的复合板坯料实现冶金结合。这种方法可以制备出钛铝比例远小于1的层状钛铝复合板，这是传统固液熔覆方法难以实现的。
总体而言，本发明所公布的层状钛铝复合板的制备方法，突破了传统制备方法的限制，降低了成本，提高了生产效率，对于这种复合板的应用和推广具有重要意义。制备的层状钛铝复合板兼具铝的热传导性能好和钛的耐高温等性能优点，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。
附图说明
图1为层状钛铝复合板的制备工艺示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
根据图1所述的流程图，厚度为1.5mm的层状TA1钛/2024铝复合板的制备工艺如下：
（1）TA1钛板焊接组坯：使两块厚度1mm、尺寸规格870×870mm的TA1钛合金板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；
（2）表面处理：将焊接后的TA1钛板坯外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；
（3）固液熔覆：将表面处理后的TA1钛板坯浸入熔化的2024铝液中，温度650-700℃，保持10-20min，使TA1钛板表面熔覆上一层厚度为0.5mm的2024铝合金层，得到TA1钛/2024铝复合板坯料。
（4）表面处理：将固液熔覆后的TA1钛/2024铝复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污，
（5）TA1钛/2024铝复合板焊接组坯：TA1钛/2024铝复合板坯料的上下表面分别贴合一块尺寸相同、厚度4mm的2024铝合金板，并且将其与TA1钛/2024铝复合板坯料的边缘焊接在一起。
（6）热扩散/热轧复合：将焊接组坯后的TA1钛/2024铝复合板坯料放入加热炉中，加热到200-250℃，保温1h，进行一道次初轧变形，压下率为5%，使步骤（5）中贴合的2024铝板与复合板坯料紧密结合；随后将初轧的TA1钛/2024铝复合板坯在氩气保护下加热到450℃，保温2h进行热轧变形，道次压下率为10~35%，总共进行3~6道次，总压下率为60-80%，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉20mm，并把最初焊接在一起的TA1钛板分开，得到850mm宽的热轧层状TA1钛/2024铝复合板坯。
（7）冷轧变形：将单张热轧层状TA1钛/2024铝复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为10-40%，直至得到厚度为1.5mm、宽850mm的层状TA1钛/2024铝复合板。
（8）校平及切边：将冷轧之后的TA1钛/2024铝复合板进行裁边、精整、校平，得到层状TA1钛/2024铝复合板。
实施例2
根据图1所述的流程图，厚度为1.5mm的层状TA1钛/2024铝复合板的制备工艺如下：
对于具体实施例1中所述的层状TA1钛/2024铝复合板，也可以采用另一种规格、厚度的材料进行制备：
（1）TA1钛板焊接组坯：使两块厚度2mm、尺寸规格870×870mm的TA1钛板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；
（2）表面处理：将焊接后的TA1钛板坯表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；
（3）固液熔覆：将表面处理后的TA1钛板坯浸入熔化的2024铝液中，温度650-700℃，保持20-30min，使TA1钛板表面熔覆上一层厚度为1mm的2024铝合金层，得到TA1钛/2024铝复合板坯料；
（4）表面处理：将固液熔覆的TA1钛/2024铝复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；
（5）TA1钛/2024铝复合板焊接组坯：在TA1钛/2024铝复合板坯料的上下表面分别紧密贴合一块尺寸相同、厚度8mm的2024铝合金板，并且将其与TA1钛/2024铝复合板坯料的边缘焊接在一起；
（6）热扩散/热轧复合：将焊接组坯后的TA1钛/2024铝复合板坯料放入加热炉中加热到200-250℃，保温1h，进行一道次初轧变形，压下率为5%，使步骤（5）中贴合的2024铝板与复合板坯料紧密结合；随后将初轧TA1钛/2024铝复合板坯在氩气保护下加热到450℃，保温4h进行热轧变形，道次压下率为10~35%，总共进行3~6道次，总压下率为60-80%，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉20mm，并把最初焊接在一起的TA1钛板分开，得到850mm宽的热轧层状TA1钛/2024铝复合板坯。
（7）冷轧变形：将单张热轧层状TA1钛/2024铝复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为10-40%，直至得到厚度为1.5mm、宽850mm的层状TA1钛/2024铝复合板。
（8）校平及切边：将冷轧的TA1钛/2024铝复合板进行裁边、精整、校平，得到层状TA1钛/2024铝复合板。
实施例3
根据图1所述的流程图，厚度为1.5mm层状TA1钛/1050铝复合板的制备工艺如下：
（1）TA1钛板焊接组坯：使两块厚度1mm、尺寸规格870×870mm的TA1钛板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；
（2）表面处理：将焊接的TA1钛板坯的外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；
（3）固液熔覆：将表面处理的TA1钛合金板浸入熔化的1050铝液中，温度700-750℃，保持10-20min，使TA1钛板表面熔覆上一层厚度为0.5mm的1050铝层，得到TA1钛/1050铝复合板坯料；
（4）表面处理：将固液熔覆的TA1钛/1050铝复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；
（5）TA1钛/1050铝复合板焊接组坯：在TA1钛/1050铝上下表面分别贴合一块尺寸相同、厚度4mm的1050铝合金板，并且将其与TA1钛/1050铝复合板坯料的边缘焊接在一起。
（6）热扩散/热轧复合：将焊接后的TA1钛/1050铝复合板坯放入加热炉中加热到200-250℃，保温1h，进行一个道次的初轧变形，压下率为5%，使步骤（5）中贴合的1050铝板与复合板坯料紧密结合。随后将初轧的TA1钛/1050铝复合板坯在氩气保护下加热到530℃，保温2h进行热轧变形，道次压下率为10~35%，总共进行3~6道次，总压下率为60-80%，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉20mm，并把最初焊接在一起的TA1钛板分开，得到850mm宽的热轧层状TA1钛/1050铝复合板坯。
（7）冷轧变形：将单张热轧层状TA1钛/1050铝复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为10-40%，直至得到厚度为1.5mm、宽850mm的层状TA1钛/1050铝复合板。
（8）校平及切边：将冷轧的TA1钛/1050铝复合板进行裁边、精整、校平，得到层状TA1钛/1050复合板。

Claims (4)

1.一种层状钛铝复合板的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
（1）钛或钛合金板焊接组坯：将两块厚度为1-2mm、尺寸规格完全相同的钛或者钛合金板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；
（2）表面处理：将焊接的钛或钛合金板坯外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；
（3）固液熔覆：将表面处理的钛或者钛合金板坯浸入熔化的铝或者铝合金液中，使钛或钛合金板表面熔覆上一层厚度为0.5-1mm的铝或铝合金层，得到复合板坯料；
（4）表面处理：将固液熔覆的复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；
（5）钛铝复合板焊接组坯：在复合板坯料的上下表面分别紧密贴合一块与其尺寸相同、厚度为4-8mm的铝或铝合金板，并且将其与复合板坯料进行四边焊接组坯，即组坯方式为：铝-铝-钛-钛-铝-铝；
（6）热扩散/热轧复合：将焊接组坯后的复合板坯放入加热炉中加热到200-250℃，保温1h，进行一个道次的初轧变形，压下率为5%；随后，将初轧后的复合板坯在氩气保护下加热到450-530℃，保温2-4h，进行热轧变形，使步骤（5）中贴合的铝或铝合金板与固液熔覆的铝或者铝合金实现完全结合；变形后将焊接的边缘部分切割掉，并把最初焊接在一起的钛或者钛合金板分开，得到单张热轧层状钛铝复合板坯；
（7）冷轧变形： 将单张热轧层状钛铝复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为5-40%，直至得到厚度为1.5-2mm的层状钛铝复合板；
（8）校平及切边：将冷轧的钛铝复合板进行裁边、精整、校平，得到层状钛铝复合板。
2.根据权利要求1所述的一种层状钛铝复合板的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述固液熔覆的温度为650-800℃下，时间为10-30min。
3.根据权利要求1所述的一种层状钛铝复合板的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述铝或者铝合金板与步骤（3）中所述铝或者铝合金液成份完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种层状钛铝复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中的热轧变形的工艺为：每道次压下率为10~35%，总共进行3~6道次，总压下率为60-80%，轧制完成后空冷至室温。
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