CN108067840A - 一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄铜‑钛异种金属复合材料的制造方法，将钢板平铺在沙土地基之上，再将钛板坯放置在平整的钢板上，在钛板坯的上表面摆放铜片支撑体，然后将铜板坯铺设其上；安装好后，在铜板坯上表面均匀铺设炸药层，在炸药层一端端头埋设电雷管并引爆炸药，炸药产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的双金属复合板坯；对铜‑钛双金属复合板坯进行加热轧制、抛光处理。本发明拓宽了铜‑钛复合材料的厚度组合范围，扩大铜‑钛复合材料的应用范围，将在化工和冶金行业有着广阔的应用开发前景。
Description
技术领域
本发明涉及双金属制造技术领域，具体涉及一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法。
背景技术
目前，在海水淡化、电解制氯领域，钛材以优越的腐蚀性能，逐步加工成钛设备，钛管提高系统整体使用寿命，但是钛材需要和导电性较好的铜电缆进行连接，目前主要采用螺栓固定的方式，接触面存在一定的缝隙，没有形成有效冶金结合，造成连接处的导电性差，在高电流情况下，产生大量的热量，不仅浪费电，而且影响设备正常运转。特别是较薄的、总厚度为3mm的铜-钛复合材料进行以上过渡连接时，缺点更加明显。如果能够使铜、钛两种金属实现冶金结合，然后再通过焊接的方式，把铜与铜电缆进行焊接，钛与钛管、钛设备进行焊接，实现无缝连接，将明显改善以上问题。
目前，制造铜-钛复合材料的主要有两种方法：一种是直接爆炸焊接，对于薄铜-钛复合材料爆炸时，会出现结合率低、板形差、不易校平等质量问题；另一种是直接轧制方法，但是结合性能低、材料利用率低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，针对铜-钛异种金属制品总厚度为3mm以下的铜-钛复合材料进行爆炸+轧制加工。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、取平整的钢板并将其平铺在沙土地基上，再取钛板坯并将其放置在钢板上，然后在钛板坯的上表面摆放铜片支撑体，然后取铜板坯并将去铺设在铜片支撑体上；
步骤二、在铜板坯上表面均匀铺设药厚为40~80mm的炸药层，并在炸药层一端端头埋设雷管；
步骤三、通过雷管引爆炸药层，炸药层产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的双金属复合板坯；
步骤四、对步骤三制得的双金属复合板坯进行加热并轧制，加热温度为700~850℃，保温时间与双金属复合板坯的厚度的比例为3 min/mm，轧制过程中，按照4~8倍的轧制比例，形成一定厚度的铜-钛复合材料；经过超声波探伤，复合率为100%。
步骤五、采用80目的页轮对钛层和铜层表面进行抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。
本发明中，炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合的重量百分比为膨化硝铵50~80%和食盐20~50%；炸药密度为0.5~0.8 g/cm3，其爆速为1900~2900m/s。
本发明中，钛板坯的厚度与铜板坯的厚度的比例为1.5~2。
本发明中，所述钢板的厚度为20mm，所述钛板坯的厚度为6~12mm，所述铜板坯的厚度为4~6mm，所述铜片支撑体的高度为6~12mm。
引爆雷管后炸药产生的能量，在高压脉冲载荷作用下，使复层材料向下加速运动并与基板进行碰撞，并形成一定的弯折角，同时基板、复板实现冶金结合，复合率达100%，剪切强度τb≥100MPa。
有益效果：本发明采用爆炸+轧制生产的铜－钛复合材料不仅结合率高，板形好，而且操作简单，成本低，避免了薄铜-钛复合材料直接爆炸的结合率低、板形差、不易校平等质量问题，比直接轧制复合的力学性能高、材料利用率高，方便生产，效率高；拓宽了铜-钛复合材料的厚度组合范围，扩大铜-钛复合材料的应用范围，将在化工和冶金行业有着广阔的应用开发前景。
同时，复合界面实现冶金结合，强度高，导电性优异；可以进行各种形状的机械加工；铜-钛复合材料的铜层可以与铜材进行焊接，钛层可以与钛材进行焊接，铜-钛界面不开裂，明显改善螺栓固定导致电阻率偏大问题。
附图说明
图1为本发明的爆炸焊接安装示意图。
附图标记：1、电雷管，2、铜板坯，3、钛板坯；4、炸药层，5、铜片支撑体，6、钢板，7、沙土地基。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明属于金属复合材料的制造领域，特别涉及海水淡化，航空航天和船舶等行业用一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法。
一种薄铜-钛异种金属复合材料的爆炸焊接方法，包括以下步骤：步骤一、取平整的钢板并将其平铺在沙土地基上，再取钛板坯并将其放置在钢板上，然后在钛板坯的上表面摆放铜片支撑体，然后取铜板坯并将去铺设在铜片支撑体上；
步骤二、在铜板坯上表面均匀铺设药厚为40~80mm的炸药层，并在炸药层一端端头埋设雷管；
步骤三、通过雷管引爆炸药层，炸药层产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的双金属复合板坯；
步骤四、对步骤三制得的双金属复合板坯进行加热并轧制，加热温度为700~850℃，保温时间与双金属复合板坯的厚度的比例为3 min/mm，轧制过程中，按照4~8倍的轧制比例，形成一定厚度的铜-钛复合材料；
步骤五、采用80目的页轮对钛层和铜层表面进行抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。
其中的炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合的重量百分比为膨化硝铵50~80%和食盐20~50%；炸药密度为0.5~0.8 g/cm3，其爆速为1900~2900m/s。
其中，钛板坯的厚度与铜板坯的厚度的比例为1.5~2。优选的，钢板的厚度为20mm，所述钛板坯的厚度为6~12mm，所述铜板坯的厚度为4~6mm，所述铜片支撑体的高度为6~12mm。
实施例1
本实例中铜材质为TU1、钛材质为TA1，钛和铜板胚厚度比为2。
（1）铜板坯和钛板坯的爆炸焊接：
结合附图1说明，先将20mm钢板6平铺在沙土地基7之上，再将板厚为10mm的钛板坯3放置在平整的钢板6上，在钛板坯3的上表面摆放铜片支撑体5，铜片支撑体5高度为10mm；然后将厚度5mm的铜板坯2铺设其上；安装好后，在铜板坯2上表面均匀铺设药厚为50mm的炸药层4，炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合比例为膨化硝铵50%、食盐50%，其爆速控制在1900~2900m/s爆速范围内；在炸药层7一端端头埋设8#工业电雷管并引爆炸药，炸药产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的，总厚度为15mm的双金属复合板坯。
（2）铜-钛双金属复合板坯的轧制：
对总厚度为15mm的铜-钛双金属复合板坯进行加热，温度为800℃，保温时间为45min，采用200吨二辊不可逆式轧机，进行轧制，轧制成总厚度为3mm，用80目的页轮对钛层和铜层表面进行的抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。根据需要，切割成一定尺寸规格。进行退火、校平，探伤和剪切性测试，复合率为100%，剪切强度为122MPa。
实施例2
本实例中铜材质为TP1、钛材质为TA2，钛和铜板胚厚度比为2。
（1）铜板坯和钛板坯的爆炸焊接：
结合附图1说明，先将20mm钢板6平铺在沙土地基7之上，再将板厚为8mm的钛板坯3放置在平整的钢板6上，在钛板坯3的上表面摆放铜片支撑体5，铜片支撑体5高度为6mm；然后将厚度4mm的铜板坯2铺设其上；安装好后，在铜板坯2上表面均匀铺设药厚为40mm的炸药层4，炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合比例为膨化硝铵80%、食盐20%，其爆速控制在1900~2900m/s爆速范围内；在炸药层7一端端头埋设8#工业电雷管并引爆炸药，炸药产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的，总厚度为12mm的双金属复合板坯。
（2）铜-钛双金属复合板坯的轧制：
对总厚度为12mm的铜-钛双金属复合板坯进行加热，温度为700℃，保温时间为36min，采用200吨二辊不可逆式轧机，进行轧制，轧制成总厚度为1.5mm，用80目的页轮对钛层和铜层表面进行的抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。根据需要，切割成一定尺寸规格。进行退火、校平，探伤和剪切性测试，复合率为100%，剪切强度为107MPa。
实施例3
本实例中铜材质为TU2、钛材质为TA1，钛和铜板胚厚度比为2。
（1）铜板坯和钛板坯的爆炸焊接：
结合附图1说明，先将20mm钢板6平铺在沙土地基7之上，再将板厚为12mm的钛板坯3放置在平整的钢板6上，在钛板坯3的上表面摆放铜片支撑体5，铜片支撑体5高度为12mm；然后将厚度6mm的铜板坯2铺设其上；安装好后，在铜板坯2上表面均匀铺设药厚为55mm的炸药层4，炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合比例为膨化硝铵60%、食盐40%，其爆速控制在1900~2900m/s爆速范围内；在炸药层7一端端头埋设8#工业电雷管并引爆炸药，炸药产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的，总厚度为18mm的双金属复合板坯。
（2）铜-钛双金属复合板坯的轧制：
对总厚度为18mm的铜-钛双金属复合板坯进行加热，温度为850℃，保温时间为54min，采用200吨二辊不可逆式轧机，进行轧制，轧制成总厚度为2.25mm，用80目的页轮对钛层和铜层表面进行的抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。根据需要，切割成一定尺寸规格。进行退火、校平，探伤和剪切性测试，复合率为100%，剪切强度为118MPa。
以上实施例使为了说明本发明的技术方案，其目的是在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并予以实施，但并不以此限制本发明的保护范围。凡是依据本发明的实质内容所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取平整的钢板并将其平铺在沙土地基上，再取钛板坯并将其放置在钢板上，然后在钛板坯的上表面摆放铜片支撑体，然后取铜板坯并将去铺设在铜片支撑体上；
步骤二、在铜板坯上表面均匀铺设药厚为40~80mm的炸药层，并在炸药层一端端头埋设雷管；
步骤三、通过雷管引爆炸药层，炸药层产生的能量使铜板坯向下加速运动，并以一定的碰撞角与钛板坯高速碰撞，形成牢固结合的双金属复合板坯；
步骤四、对步骤三制得的双金属复合板坯进行加热并轧制，加热温度为700~850℃，保温时间与双金属复合板坯的厚度的比例为3 min/mm，轧制过程中，按照4~8倍的轧制比例，形成一定厚度的铜-钛复合材料；
步骤五、采用80目的页轮对钛层和铜层表面进行抛光处理，完成铜-钛双金属复合材料的制备。
2.如权利要求1所述的一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，其特征在于：炸药层采用以膨化硝铵为主剂并添加食盐的粉状混合炸药，混合的重量百分比为膨化硝铵50~80%和食盐20~50%；炸药密度为0.5~0.8 g/cm3，其爆速为1900~2900m/s。
3.如权利要求1所述的一种薄铜-钛异种金属复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：钛板坯的厚度与铜板坯的厚度的比例为0.5~2。
4.如权利要求1或3所述的一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，其特征在于：所述钢板的厚度为20mm，所述钛板坯的厚度为6~12mm，所述铜板坯的厚度为4~6mm，所述铜片支撑体的高度为6~12mm。
5.如权利要求1所述的一种薄铜-钛异种金属复合材料的制造方法，其特征在于：所述轧制的板坯是通过爆炸焊接的方法制造。
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