CN105172308A - 一种钛-铝-不锈钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，属于复合材料制备领域。本发明所述方法将钛板、铝板/箔和不锈钢钢板进行装配，形成钛-铝-不锈钢夹层结构，然后放入真空热压设备中，在1～4Mpa的压力、550～650℃的条件下处理0.5～2小时，然后，经过冷却处理，得到钛-铝-不锈钢钛钢复合板。本发明操作方法简单，实施方便，钛/铝、铝/不锈钢界面通过均匀扩散，形成冶金结合，得到钛-铝-不锈钢复合板。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，属于复合材料制备领域。
背景技术
近年来，随着科技水平的提高，对材料的要求也越来越高，比如在航空航天业，船舶制造，核能工业领域既要求材料具有良好的腐蚀抗性，力学性能，高温抗性，低温抗性又要求材料本身具有较高的性价比以满足工业生产的需要。因此，复合板材料应运而生。钛及其合金具有耐腐蚀性能好，耐热性好，低温性能优良等优点，不锈钢又具有极佳的性价比。以钛及其合金做表面材料，可以很好的预防腐蚀失效的发生，以不锈钢做基体又避免由于全部使用钛及其合金而导致的价格提高，因此二者的复合有着广阔的生产前景与现实意义
如果让工业纯钛与不锈钢直接结合，会在钛与不锈钢结合界面上出现Fe-Ti，Ti-C等金属间脆性相。这些金属间脆性相会极大的降低金属间结合的力学性能。并且采用传统焊接的手段连接异种材料时，会在结合表面出现应力集中，显微裂纹等问题，最终导致复合板的缝隙腐蚀或断裂疲劳失效。
Al具有一定的腐蚀抗性和良好的塑性变形能力，所以在钛钢复合板中，用Al做中间层，一方面由于Al塑性较好，可以在一定程度防止应力集中，第二方面，Al可以在一定程度上遏制Ti和Fe相互扩散而产生的脆性相的生成，进而避免了因为脆性相生成而导致的裂纹。异种金属之间的热扩散复合涉及到相应的物理，化学过程，结合界面各个组成元素之间的相互作用是影响钛钢复合板结合强度的关键，因此，分析结合界面的结构及其随温度发生的组成变化是研究复合板结合机理，并探索相应生产工艺的关键，故具有非常现实的意义。
发明内容
本发明针对钛-不锈钢复合板制备过程中加热温度过高导致的钛、不锈钢基体组织粗大、性能下降的不足，采用铝箔作为中间层，达到即形成冶金结合的钛-铝-不锈钢复合板，又可以明显降低加热温度，提高复合板性能的目的。
本发明的目的在于提供一种钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将平面尺寸大小一致的钛板、铝箔和不锈钢板进行预处理后，按照钛-铝-不锈钢的顺序组装；
（2）将组装好的钛-铝-不锈钢组件，放入热压装置中，预加压后（使材料不易发生移动），以5~15℃/min的加热速度，加热到550~650℃，然后，加压至1~4MPa，保温处理0.5～2小时，随后，采用阶梯式冷却方式冷却至室温，取出样品得到钛-铝-不锈钢复合板。
优选的，本发明所述钛板为纯钛或钛合金材料；铝板/箔为纯铝材料；铝板/箔厚度为0.05~0.4mm；钛板和不锈钢板厚度为1~8mm。
优选的，本发明所述阶梯式冷却方式为：冷却至442℃~458℃后，保温0.5~1h，保持压力不变，然后，随炉冷却至室温，在冷却过程中保持压力不变。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述方法操作简单，实施方便，可确保钛-铝-不锈钢复合过程中，钛-铝界面，铝-不锈钢界面上，结合均匀，扩散良好。
（2）中间铝板的存在，有效的防止了铁元素向钛基体中的扩散，防止了铁钛金属间化合物的生成，提高了钛钢复合板的剪切强度和抗拉强度，用该方法制造的钛钢复合板可以完全满足后续加工的要求。
附图说明
图1为钛-铝-不锈钢复合板的组装结构示意图。
图2为实施例1热压钛-铝-不锈钢复合板截面形貌。
图3为实施例1热压钛-铝-不锈钢复合板截面元素分布。
图4为实施例2热压钛-铝-不锈钢复合板截面形貌。
图5为实施例2热压复合板铝-不锈钢扩散区元素分析。
图6为实施例2热压复合板铝-不锈钢扩散区相分析元素分析。
图7为实施例3热压钛-铝-不锈钢复合板截面形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）以1mm厚的TA1钛板、0.4mm厚的纯铝箔和8mm厚的304不锈钢为原料，分别裁剪成50mm×50mm的尺寸；将裁剪好的钛、不锈钢板表面用砂纸打磨去除表面氧化皮等，铝板经表面酸洗活化，清洗后，按照钛-铝-不锈钢的顺序组合；
（2）将组合好的复合材料放置在真空热压装置中，预加压至4Mpa，抽真空后，以15℃/min的加热速度加热至550℃，然后，加压至4Mpa的压力，保温2小时；然后，随炉冷却至450℃，控温精度控制在±8℃，保温1小时，随后，切断电源，冷却至室温；冷却过程中，应力保持不变，打开炉体，得到冶金结合的钛-铝-不锈钢复合板。
图2为本实施例复合板界面附近截面形貌，图3为截面元素分布，可以看出，在铝-不锈钢界面形成了明显的扩散层，在钛-铝界面，钛、铝发生了互扩散，这表明界面均达到了冶金结合效果。
实施例2
（1）以2mm厚的TA1钛板、0.05mm厚的纯铝箔和2mm厚的316不锈钢为原料，分别裁剪成50mm×50mm的尺寸；钛、不锈钢板表面用喷砂处理去除表面氧化皮等，铝板经表面酸洗活化清洗；然后，按照钛-铝-不锈钢的顺序组合；
（2）将组合好的复合材料放置在真空热压装置中，预加压至0.5Mpa，抽真空后，以5℃/min的加热速度加热至650℃，然后，加压至1Mpa的压力，保温0.5小时；然后，随炉冷却至450℃，控温精度控制在±8℃，保温0.5小时，然后冷却至室温；打开炉体，得到冶金结合的钛-铝-不锈钢复合板。
图4为本实施例复合板界面附近截面形貌，图5为在铝-不锈钢扩散层的EDS分析结果，图６为其相分析结果，界面均达到了冶金结合。
实施例3
（1）以1mm厚的TC4钛板、0.1mm厚的纯铝箔和8mm厚的316不锈钢为原料，分别裁剪成50mm×50mm的尺寸；钛表面用砂纸打磨、不锈钢板表面用喷砂处理去除表面氧化皮等，铝板经表面酸洗活化清洗；然后，按照钛-铝-不锈钢的顺序组合，并叠加3层；
（2）将组合好的复合材料放置在真空热压装置中，预加压至1Mpa，抽真空后，以10℃/min的加热速度加热至600℃，然后，加压至2.5Mpa的压力，保温2小时；然后，随炉冷却至450℃，控温精度控制在±8℃，保温0.8小时，然后冷却至室温；打开炉体，得到冶金结合的钛-铝-不锈钢复合板。图7为本实施例复合板界面附近截面形貌，界面均达到了冶金结合。
Claims (3)
1.一种钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将平面尺寸大小一致的钛板、铝箔和不锈钢板进行预处理后，按照钛-铝-不锈钢的顺序组装；
（2）将组装好的钛-铝-不锈钢组件，放入热压装置中，预加压后，以5~15℃/min的加热速度，加热到550~650℃，然后，加压至1~4MPa，保温处理0.5～2小时，随后，采用阶梯式冷却方式冷却至室温，取出样品得到钛-铝-不锈钢复合板。
2.根据权利要求1所述的钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，其特征在于：所述钛板为纯钛或钛合金材料；铝板/箔为纯铝材料；铝板/箔厚度为0.05~0.4mm；钛板和不锈钢板厚度为1~8mm。
3.根据权利要求1所述的钛-铝-不锈钢复合板的制备方法，其特征在于：阶梯式冷却方式为：冷却至450±8℃后，保温0.5~1h，保持压力不变，然后，随炉冷却至室温，在冷却过程中保持压力不变。
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