CN113601920A - 钴钢金属复合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钴钢金属复合板及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种结合强度较高的钴钢金属复合板。本发明钴钢金属复合板采用钴板和钢板复合制备而成。本发明具有如下有益效果：1、本发明首次实现了钴板与钢板的冶金结合，大大降低了钴板的应用成本；2、本发明钴钢金属复合板层间结合率高，结合强度高，性能优异，可广泛应用于国防、军工各个领域；3、本发明钴钢金属复合板的制备方法，工艺设计优良，操作方法简单，生产效率高，可广泛的应用于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种钴钢金属复合板及其制备方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
钴是具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、加热到1150℃时磁性消失、比重8.9，比较硬而脆，钴是铁磁性的，硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、电化学性能方面性能优越。钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热部件、硬质部件、防腐部件、磁性部件的重要原料。比如，用钴基或含钴合金制备燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件等。
随着金属钴的应用领域不断拓展，市场金属钴的需求越来越大，质量要求也越来越高。但是目前因金属钴价额昂贵，价格在每公斤500元左右，严重限制了金属钴的应用。因此，钴领域的应用企业一直在寻求一直焊接方法，可以将钴与高强度、价格低廉的钢板进行焊接，达到原子间的结合，主要方法如下：
1、采用传统的电焊、氩弧焊、等离子焊、堆焊等，这些焊接方法因为钴板与钢板的元素不相容性，无法实现焊接，且即使突破了焊接问题，其也存在效率低、结合强度小、成本高等缺点，无法大规模工业化应用；
2、采用摩擦焊、电镀等特殊焊接方法，目前，国内没有相关研究，即使成功也只能进行非常小规格的焊接，且效率极其低下；
3、采用传统的爆炸焊接方法，但因为钴板的屈服强度高、延伸率低，与钢板的相容性低等原因，一直未取得成功，所得产品从结合率、结合强度等指标均达不到要求。
综上，目前未见有能真正用于工业化大生产的钴钢金属复合板的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结合强度较高的钴钢金属复合板。
本发明钴钢金属复合板采用钴板和钢板复合制备而成。
本发明钴钢金属复合板的钴板和钢板的结合强度250～350Mpa，层间结合率为100％，其内弯、外弯180度均不开裂，能够满足大部分钴合金市场的需求。
其中，本发明钴钢金属复合板中的钴板和钢板厚度可以根据具体需求进行调整，比如：可以调整钴板厚度为2mm～10mm，还可以调整钢板厚度为≥10mm，调整钢板厚度为10mm，20mm，30mm，40mm，50mm等。
进一步的，根据具体需要，还可以采用不同钴含量的钴板，考虑到产品的性能，优选采用钴含量≥95wt％的钴板。
本发明还提供了一种钴钢金属复合板的制备方法，其包括如下步骤：
a、选择钴板和钢板，将钴板铺设于钢板顶部，并在钢板和钴板之间布设多个支撑柱；
b、将组配好的钴板和钢板用密封条密封，并抽真空；
c、将抽真空后的整个结构至于沙坑中，在钴板的上表面均匀涂覆耐高温油脂，然后将药框置于涂覆有耐高温油脂的钴板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于钢板的板面面积；
d、用挡板将炸药覆盖，将沙坑掩埋，引爆，得到钴钢金属复合板。
其中，为了使复合板的层间结合率更高，上述步骤a中所述的多个支撑柱优选均匀布设。
进一步的，上述步骤a中所布设的支撑柱高度优选为6mm～20mm(支撑柱的高度即为钴板和钢板之间的间隙大小)，支撑柱的高度决定了碰撞角和碰撞速度，支撑柱高度为6mm～20mm可以使产品的结合强度最佳。
更进一步的，支撑柱的直径大小对产品性能也有较大影响，支撑柱的直径过下，则复合板的结合强度不够高，如果支撑柱的直径过大，则爆炸焊接时无法融化，会造成不结合，综合考虑，步骤a中所述的支撑柱的直径优选为0.1～0.2mm。
另外，相邻两个支撑柱之间的距离也会影响复合板的性能，为了使产品的结合强度和结合率更好，步骤a中所述的多个支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离优选为300mm～600mm。
其中，上述钴钢金属复合板的制备方法，其步骤a中所述的支撑柱的材质优选与钴板相同，如果材质与钢板相同，则可能会产生点状不结合，降低产品性能。
其中，上述钴钢金属复合板的制备方法，步骤a中所述钴板和钢板的厚度可以根据具体需要进行调节，比如：调节钴板的厚度为2mm～10mm。另外，钴板的长度和宽度优选均大于钢板。
其中，上述钴钢金属复合板的制备方法，步骤c中的沙坑深度一定程度上也会影响产品性能，沙坑深度太深，不便于操作，沙坑过浅，不能很好的回收爆炸能量，会降低产品性能，综合考虑，步骤c中沙坑深度优选为400mm～700mm。
其中，上述钴钢金属复合板的制备方法，步骤c中的耐高温油脂采用常规的炸药用耐高温油脂即可，比如，采用黄油。
进一步的，本发明钴钢金属复合板的制备方法，其d步骤中所述的挡板可以为纸板、木板或塑料板等，能保证一定强度即可。d步骤中的引爆可以采用常规方法，比如：可以将起爆药置于挡板上，然后将沙坑掩埋，引爆。
本发明钴钢金属复合板的制备方法中所用的爆炸复合用炸药可以采用常规爆炸焊接用炸药，比如：岩石改性铵油炸药。
本发明中钴钢金属复合板的结合状态采用超声检测方法，按NB/T 47013.3的规定检测；钴钢金属复合板的剪切试验、拉伸试验、弯曲试验按GB/T 6396的规定检测。
本发明钴钢金属复合板的制备方法采用了抽真空，土下掩埋的爆炸焊接方法，所得钴钢金属复合板从结合率结合强度都超过行业要求，主要原因包括：1)抽真空，减少了空气中的元素对爆炸焊接的影响，同时爆炸焊接在地下进行，抽真空后可不进行排气，为土下爆炸焊接提供了可能性；2)传统的空气中或者水下进行爆炸焊接，炸药的很多能量都逸散在介质中，而本发明方法掩埋地下，沙土吸收了大部分的逸散能量以作用在钴板上，极大地加大了爆炸焊接的猛度，为钴钢的爆炸焊接提供了有力条件；3)加上合理的爆炸工艺参数控制，得以实现钴与钢的爆炸焊接。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明首次实现了钴板与钢板的冶金结合，大大降低了钴板的应用成本；
2、本发明钴钢金属复合板层间结合率高，结合强度高，性能优异，可广泛应用于国防、军工各个领域；
3、本发明钴钢金属复合板的制备方法，工艺设计优良，操作方法简单，生产效率高，可广泛的应用于工业生产。
附图说明
图1为本发明方法炸药爆炸复合前的使用状态图。
附图标记说明：1—基板；2—复板；3—支撑柱；4—药框；5—爆炸复合用炸药；
6—起爆药包；7—密封条；8—纸板；9—沙土坑。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1本发明钴钢金属复合板的制备
本实施例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度2mm，钢板厚度30mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.15mm，基板和复板之间的间隙为8mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为400mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、将组配好的钴板和钢板用密封条进行密封，并抽真空；
步骤三、将抽真空后的整个结构置于沙坑中，沙坑深度在500mm左右；
步骤四、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤五、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
本实施例的炸药爆炸复合前的使用状态图如图1所示。
经检测，本实施例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为100％，结合强度为278MPa。
实施例2本发明钴钢金属复合板的制备
本实施例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度5mm，钢板厚度25mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.18mm，基板和复板之间的间隙为12mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为500mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、将组配好的钴板和钢板用密封条进行密封，并抽真空；
步骤三、将抽真空后的整个结构置于沙坑中，沙坑深度在550mm左右；
步骤四、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤五、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
经检测，本实施例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为100％，结合强度为300MPa。
实施例3本发明钴钢金属复合板的制备
本实施例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度3mm，钢板厚度25mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.13mm，基板和复板之间的间隙为10mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为300mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、将组配好的钴板和钢板用密封条进行密封，并抽真空；
步骤三、将抽真空后的整个结构置于沙坑中，沙坑深度在500mm左右；
步骤四、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤五、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
经检测，本实施例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为100％，结合强度为290MPa。
对比例1未抽真空的爆炸焊接
本对比例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度2mm，钢板厚度30mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.15mm，基板和复板之间的间隙为8mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为400mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、不抽真空，直接将整个结构置于沙坑中，沙坑深度在500mm左右；
步骤三、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤四、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
经检测，本对比例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为75％，结合强度96MPa。
对比例2没有采用沙坑掩埋的爆炸焊接
本对比例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度2mm，钢板厚度30mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.15mm，基板和复板之间的间隙为8mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为400mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、将组配好的钴板和钢板用密封条进行密封，并抽真空；
步骤三、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤四、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
经检测，本对比例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为80％，结合强度为130MPa。
对比例3沙坑掩埋深度200mm的爆炸焊接
本对比例钴钢金属复合板由以下材料组成：钴板厚度2mm，钢板厚度30mm，钴板做为复板，钢板作为基板。制备步骤如下：
步骤一、根据所要制备的钴钢金属复合板的材质选择钴板和钢板，钴板作为复板，钢板作为基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，支撑柱的直径为0.15mm，基板和复板之间的间隙为8mm，支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离均为400mm，支撑柱的材质均与复板相同；复板的长度和宽度均大于基板；
步骤二、将组配好的钴板和钢板用密封条进行密封，并抽真空；
步骤三、将抽真空后的整个结构至于均匀的沙坑中，沙坑深度在200mm左右；
步骤四、在步骤一中铺设于基板上的复板的上表面均匀涂覆一层黄油，然后将药框置于涂覆有黄油的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药(岩石改性铵油炸药)的铺覆面积不小于基板的板面面积；
步骤五、将平整的纸板将炸药覆盖，将起爆药包通过纸板置于铺覆后的爆炸复合用炸药上，用均匀的沙土将整个结构掩埋，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钴钢金属复合板。
经检测，本对比例制备的钴钢金属复合板的层间结合率为85％，结合强度为185MPa。
Claims (10)
1.钴钢金属复合板，其特征在于：采用钴板和钢板复合制备而成。
2.根据权利要求1所述的钴钢金属复合板，其特征在于：所述钴钢金属复合板的钴板和钢板的结合强度为250～350Mpa，层间结合率为100％。
3.根据权利要求1或2所述的钴钢金属复合板，其特征在于：所述钴板厚度为2mm～10mm，所述钢板厚度≥10mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的钴钢金属复合板，其特征在于：所述钴板的钴的含量≥95wt％。
5.钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a、选择钴板和钢板，将钴板铺设于钢板顶部，并在钢板和钴板之间布设多个支撑柱；
b、将组配好的钴板和钢板用密封条密封，并抽真空；
c、将抽真空后的整个结构至于沙坑中，在钴板的上表面均匀涂覆耐高温油脂，然后将药框置于涂覆有耐高温油脂的钴板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于钢板的板面面积；
d、用挡板将炸药覆盖，将沙坑掩埋，引爆，得到钴钢金属复合板。
6.根据权利要求5所述的钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的多个支撑柱均匀布设；步骤a中所布设的支撑柱高度优选为6mm～20mm；步骤a中所述的支撑柱的直径优选为0.1～0.2mm。
7.根据权利要求6所述的钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的多个支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离为300mm～600mm。
8.根据权利要求5或6所述的钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的支撑柱的材质与钴板相同；步骤a中所述钴板的厚度优选为2mm～10mm，钴板的长度和宽度优选均大于钢板。
9.根据权利要求5～8任一项所述的钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于：步骤c中沙坑深度为400mm～700mm。
10.根据权利要求9所述的钴钢金属复合板的制备方法，其特征在于：d步骤中所述的挡板为纸板、木板或塑料板；d步骤中优选将起爆药包置于挡板上，然后将沙坑掩埋，引爆。
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| GB1369879A (en) * | 1970-12-15 | 1974-10-09 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | Exploxive welding process |
| CN101462199A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-24 | 大连理工大学 | 局部真空爆炸焊接方法 |
| CN110028371A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-07-19 | 宝鸡市钛程金属复合材料有限公司 | 一种新型高猛度爆炸复合用炸药及其制备方法和用途 |
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