CN117463782B - Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料 - Google Patents

Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti‑Al‑Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料，涉及合金复合材料领域。其中，Ti‑Al‑Ti多层层状复合材料的制备方法包括表面预处理、热轧复合、扩散退火以及轧制处理步骤，其中，热轧复合步骤中，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在250‑460℃，钛组元层的加热温度控制在480‑800℃；热轧复合时，钛组元层与铝组元层的轧制速度控制在1.5‑4.0m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为55‑70%。上述方法制得的Ti‑Al‑Ti多层层状复合材料具有界面结合强度高、板形好、表面质量可控、抗弯折性能好等特点。

Description

Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料
技术领域
本发明涉及合金复合材料领域，尤其是涉及一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料。
背景技术
钛合金具有抗腐蚀性能好、耐热性能好、机械性能好等优点。铝合金密度小，仅有铁的1/3，且具有的熔点低，塑造性高，易于加工。将铝钛合金通过层状结合的方式，可以得到同时具有优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能的材料，该材料持久强度和断裂韧性等性能都得到改善。
目前，钛/铝复合板的制备方法主为热轧复合法和爆炸复合法。这两种复合方法均有一定的局限性。其一、爆炸复合法只适用于厚板板材生产，且板型和表面质量难以控制，不能进行连续生产，生产效率低下；其二、传统的热轧复合，在复合前需预先对组元层焊接拼合，由于有焊缝的存在，导致焊缝附近的结合强度差。
因此，开发一种能够在提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度的同时，实现板形和表面质量可控，并且能够连续批量生产的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法具有重要的研究意义。
发明内容
为了获得一种界面结合强度高、板形和表面质量可控、能够连续批量生产的Ti-Al-Ti多层层状复合材料，本申请提供一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法及其制得的复合材料。
本申请提供的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法采用如下的技术方案：
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
表面预处理：对钛组元层和铝组元层进行表面抛磨处理；
热轧复合：对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在250-460℃，钛组元层的加热温度控制在480-800℃；热轧复合时，钛组元层与铝组元层的轧制速度控制在1.5-4.0m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为55-70%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
扩散退火：在惰性气氛下对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理；
轧制处理：对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行轧制，得到Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
对于钛组元层与铝组元层的选取，其中，钛组元层选用满足国家标准 GB/T26723-2011中的钛带卷，铝组元层选用满足国家标准GB/T 3880.1-2012中的铝带卷。
本申请中Ti-Al-Ti多层层状复合材料由钛组元层与铝组元层依次经表面预处理、热轧复合、扩散退火以及轧制处理步骤制得。
其中，表面预处理步骤能够去除各组元层表面的杂质，有利于不同组元层之间的牢固结合。
热轧复合步骤为本申请最关键的步骤，与现有钛组元层、铝组元层采用整体加热的方式不同，本申请中钛组元层的加热温度为480-800℃，铝组元层的加热温度为250-460℃，即本申请中，钛组元层与铝组元层采用分别加热的方式进行加热，从而能够实现钛组元层、铝组元层不同温度的控制。其中，本申请钛组元层与铝组元层在上述温度范围内进行异温轧制复合，并控制钛组元层与铝组元层的轧制速度和轧制变形量在上述范围内时，能够使得钛组元层与铝组元层在轧制变形时更加协调，钛组元层在连续轧制过程中更容易变形而不发生开裂，有利于得到能够连续批量生产，且板形好、成材率高、界面结合强度高、抗弯折性好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。主要原因是：钛组元层的加热温度为480-800℃，铝组元层的加热温度为250-460℃，合金分子活性高，容易形成共价键，具有良好结合性，延展性和加工性。但是，当钛组元层的加热温度低于480℃或铝组元层的加热温度低于250℃时，合金分子活性不足，结合面分子结合强度低，结合强度不足；当钛组元层的加热温度高于800℃或铝组元层的加热温度高于460℃时，合金加工性能差，不适合连续轧制。
扩散退火步骤通过对Ti-Al-Ti复合坯料进行加热处理，能够进一步增强结合面分子键结合力，有利于提高Ti-Al-Ti复合坯料的界面结合强度。
轧制处理主要是对扩散退火处理后的Ti-Al-Ti复合坯料进行连续变形，以得到不同厚度规格的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
优选的，所述热轧复合步骤中，钛组元层与铝组元层的轧制速度之比为0.8-1.2。
本申请在对各组元层的加热温度、轧制速度、变形量进行控制的前提下，通过进一步控制钛组元层与铝组元层的轧制速度之比在0.8-1.2范围内，能够提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料结合界面的规整性，Ti-Al-Ti多层层状复合材料中铝层与钛层的厚度比稳定性好，同时，还能够进一步提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度，从而进一步提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的抗弯折性能。
可选的，所述表面预处理步骤中，用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，并控制预处理后的钛组元层、铝组元层的表面粗糙度为50-80μm。
本申请对各组元层的表面进行抛磨处理，可以去除各组元层表面的氧化层和油污，有利于提高各组元层之间的结合强度。另外，钛组元层、铝组元层的表面粗糙度控制在50-80μm，能够在增大各组元层连接界面的接触面积的同时减少连接界面的空洞尺寸，有利于进一步提高各组元层之间的结合强度以及Ti-Al-Ti多层层状复合材料的抗弯折性能。
可选的，所述表面预处理步骤中，抛磨处理后的各组元层在进行下一工序时所放置的时间不超过12h。
本申请控制表面预处理后的组元层的放置时间，目的在于预防组元层表面产生氧化膜，影响Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度进一步提高的问题。
可选的，所述扩散退火步骤在连续退火炉内进行，退火温度为450-650℃，退火速度为1.5-3.0m/min，炉内通惰性气体保护。
本申请进行扩散退火主要目的是进一步增强各组元层结合面分子键结合力，有利于进一步提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度。其中，扩散退火温度低于450℃时Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度提升较小，扩散退火温度高于650℃时，Ti-Al-Ti复合坯料表面受损和发生断裂的概率提高，容易造成成材率降低的问题。
可选的，所述轧制处理可以选用冷轧、热轧或者冷轧与热轧复合的轧制方式，具体可根据设备情况进行选择。
当采用冷轧方式进行轧制处理时，所述轧制处理包括一次表面处理、冷轧开坯、退火热处理、切边处理、二次表面清洗、二次轧制和拉矫整平步骤。
冷轧开坯前先进行一次表面处理，充分去除热轧复合时Ti-Al-Ti复合坯料所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量。
退火热处理的主要作用是消除材料内部应力，降低材料硬度，提高加工性能，以制备厚度更小的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
切边处理的主要目的是将材料边部裂口切除。
二次表面处理的主要目的是去除材料表面氧化层和边部毛刺，提高材料的表面质量。
拉矫整平的主要目的在于冷轧后的成品钛-铝-钛复合带进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
可选的，所述冷轧开坯步骤中，Ti-Al-Ti复合坯料总的轧制变形量在20%-40%，道次轧制变形量为8%-20%，经过3-5个道次，得到冷轧坯料带卷。
本申请冷轧开坯步骤中，轧制变形量控制在20-40%，道次轧制变形量为8%-20%，有利于降低冷轧坯料带卷表面受损或发生断裂的可能性，有利于提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的成材率。
可选的，所述退火热处理步骤中，对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为450℃-650℃，退火速度为2.0-4.0m/min，通惰性气体保护。
本申请在冷轧开坯步骤后设置退火热处理步骤，有利于消除冷轧坯料带卷内部应力，降低材料硬度，提高加工性能。
可选的，所述二次轧制步骤中，冷轧坯料带卷总的变形量在40%-60%，道次变形量8%-20%，经过5-7个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
本申请在退火热处理步骤后进行变形量较大的二次轧制，有利于降低Ti-Al-Ti多层层状复合材料表面受损或发生断裂的可能性，有利于加工出厚度为0.3mm以下的薄带材料，同时提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的成材率。
可选的，所述二次轧制步骤中，工作辊的表面粗糙度小于0.3μm。
轧制时，工作辊的表面粗糙度小于0.3μm，有利于提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的表面光洁度。
第二方面，本申请提供的Ti-Al-Ti多层层状复合材料采用如下的方案。
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，采用上述任意一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法制得。
本申请上述方法制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料具有界面结合强度高、抗弯折性好、板形好、三个组元层的厚度比可控的特点。
综上所述，与现有的爆炸法和传统的热复合制备工艺相比，本申请至少包括以下有益技术效果：
1.各组元层单独连续加热，组元层的加热温度及复合速度可精确调控，可有效控制复合过程金属间化合物的产生，使Ti-Al-Ti多层层状复合材料的结合强度得到保证。其中，钛组元层、铝组元层在异温状态下进行轧制，从而使钛组元层、铝组元层在轧制变形时更协调，而且钛组元层在轧制过程中更容易变形而不发生开裂，从而得到板形好、成材率高并具有高结合强度和抗弯折性能的Ti-Al-Ti多层层状复合材。另外，通过扩散退火可进一步其结合强度。
2.采用可控气氛热复合技术，各组元层之间可实现良好的冶金结合，且结合面均匀一致，表现出较高的剪切强度；根据实际需求，三个组元层的厚度比可调控，工艺简单可靠，可实现连续批量化。
（3）可成卷化进料复合，获得Ti-Al-Ti多层层状复合材料，通过后续的冷轧加工，可制备各种厚度规格复合带材，也可以加工成厚度0.3mm以下的薄带材料，应用范围更加广阔。
附图说明
图1是本申请一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的结构示意图。
附图标记说明：
1、铝层；2、钛层。
具体实施方式
以下结合附图1与具体的实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例
【实施例1】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，参照图1，包括铝层1以及位于铝层1上下两侧的钛层2，其制备方法包括以下步骤：
S1、原料选取：钛组元层选择退火态的冷轧钛带卷TA1，厚度为1.0mm，宽度为205mm，铝组元层选用半硬态的AL5052铝带卷,厚度为5.0mm，宽度为205mm；
S2、表面预处理：用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，去除带材表面的氧化层和油污，并控制处理后的钛组元层和铝组元层的表面粗糙度为60μm；其中，抛磨处理后的带材放置时间不超过12小时；
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在500℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在3m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
S4、扩散退火：在连续退火炉内对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理，退火温度为550℃，退火速度为2.2m/min；需用的退火炉为炉膛加热长度为8m，炉内通惰性气体保护，可连续走带;
S5、一次表面处理：用磨料刷对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行表面打磨，充分去除热轧复合时所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量；
S6、冷轧开坯：将表面清洗干净的Ti-Al-Ti复合坯料在上四辊冷轧机进行开坯轧制，总的轧制变形量在40%，道次轧制变形量为10%，经过4个道次，获得2.0mm以下厚度的冷轧坯料带卷；
S7、退火热处理：在连续退火炉中对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为550℃，退火速度为3.0m/min，通惰性气体保护。
S8、切边处理：将退火后冷轧坯料带卷的边部裂口切除，得到切边后的冷轧坯料带卷；
S9、二次表面处理：用磨料刷对切边后的冷轧坯料带卷的表面进行清洗打磨，去除表面氧化层和边部毛刺；
S10、二次轧制：对二次表面处理的冷轧坯料带卷进行二次轧制加工，二次表面处理的冷轧坯料带卷总的变形量在40%，道次变形量8%，经过5个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料；其中，轧制时，工作辊的表面粗糙度为0.2μm，确保轧后带材表面光洁度良好；
S11、拉矫整平：将Ti-Al-Ti多层层状复合材料进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
上述【实施例1】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的板形好，表面光滑无裂缝，且平均剪切强度达152.5MPa，界面结合强度高。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.41，厚度比一致性较好。
【实施例2】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，参照图1，包括铝层1以及位于铝层1上下两侧的钛层2，其制备方法包括以下步骤：
S1、原料选取：钛组元层选择退火态的冷轧钛带卷TA1，厚度为1.0mm，宽度为205mm，铝组元层选用半硬态的AL5052铝带卷,厚度为5.0mm，宽度为205mm；
S2、表面预处理：用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，去除带材表面的氧化层和油污，并控制处理后的钛组元层和铝组元层的表面粗糙度为60μm；其中，抛磨处理后的带材放置时间不超过12小时；
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在500℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在2.4m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
S4、扩散退火：在连续退火炉内对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理，退火温度为550℃，退火速度为2.2m/min；需用的退火炉为炉膛加热长度为8m，炉内通惰性气体保护，可连续走带；
S5、一次表面处理：用磨料刷对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行表面打磨，充分去除热轧复合时所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量；
S6、冷轧开坯：将表面清洗干净的Ti-Al-Ti复合坯料在上四辊冷轧机进行开坯轧制，总的轧制变形量在40%，道次轧制变形量为10%，经过4个道次，获得2.0mm以下厚度的冷轧坯料带卷；
S7、退火热处理：在连续退火炉中对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为550℃，退火速度为3.0m/min，通惰性气体保护。
S8、切边处理：将退火后冷轧坯料带卷的边部裂口切除，得到切边后的冷轧坯料带卷；
S9、二次表面处理：用磨料刷对切边后的冷轧坯料带卷的表面进行清洗打磨，去除表面氧化层和边部毛刺；
S10、二次轧制：对二次表面处理的冷轧坯料带卷进行二次轧制加工，二次表面处理的冷轧坯料带卷总的变形量在40%，道次变形量8%，经过5个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料；其中，轧制时，工作辊的表面粗糙度为0.2μm，确保轧后带材表面光洁度良好；
S11、拉矫整平：将Ti-Al-Ti多层层状复合材料进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
上述【实施例2】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的板形好，表面光滑无裂缝，且平均剪切强度达158.2MPa，界面结合强度高。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.18，厚度比一致性好。
【实施例3】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，参照图1，包括铝层1以及位于铝层1上下两侧的钛层2，其制备方法包括以下步骤：
S1、原料选取：钛组元层选择退火态的冷轧钛带卷TA1，厚度为1.0mm，宽度为205mm，铝组元层选用半硬态的AL5052铝带卷,厚度为5.0mm，宽度为205mm；
S2、表面预处理：用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，去除带材表面的氧化层和油污，并控制处理后的钛组元层和铝组元层的表面粗糙度为60μm；其中，抛磨处理后的带材放置时间不超过12小时；
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在500℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在1.6m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
S4、扩散退火：在连续退火炉内对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理，退火温度为550℃，退火速度为2.2m/min；需用的退火炉为炉膛加热长度为8m，炉内通惰性气体保护，可连续走带；
S5、一次表面处理：用磨料刷对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行表面打磨，充分去除热轧复合时所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量；
S6、冷轧开坯：将表面清洗干净的Ti-Al-Ti复合坯料在上四辊冷轧机进行开坯轧制，总的轧制变形量在40%，道次轧制变形量为10%，经过4个道次，获得2.0mm以下厚度的冷轧坯料带卷；
S7、退火热处理：在连续退火炉中对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为550℃，退火速度为3.0m/min，通惰性气体保护。
S8、切边处理：将退火后冷轧坯料带卷的边部裂口切除，得到切边后的冷轧坯料带卷；
S9、二次表面处理：用磨料刷对切边后的冷轧坯料带卷的表面进行清洗打磨，去除表面氧化层和边部毛刺；
S10、二次轧制：对二次表面处理的冷轧坯料带卷进行二次轧制加工，二次表面处理的冷轧坯料带卷总的变形量在40%，道次变形量8%，经过5个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料；其中，轧制时，工作辊的表面粗糙度为0.2μm，确保轧后带材表面光洁度良好；
S11、拉矫整平：将Ti-Al-Ti多层层状复合材料进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
上述【实施例3】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的板形好，表面光滑无裂缝，且平均剪切强度达157.9MPa，界面结合强度高。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.15，厚度比一致性好。
【实施例4】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，参照图1，包括铝层1以及位于铝层1上下两侧的钛层2，其制备方法包括以下步骤：
S1、原料选取：钛组元层选择退火态的冷轧钛带卷TA1，厚度为1.0mm，宽度为205mm，铝组元层选用半硬态的AL5052铝带卷,厚度为5.0mm，宽度为205mm；
S2、表面预处理：用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，去除带材表面的氧化层和油污，并控制处理后的钛组元层和铝组元层的表面粗糙度为60μm；其中，抛磨处理后的带材放置时间不超过12小时；
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在500℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在1.5m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
S4、扩散退火：在连续退火炉内对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理，退火温度为550℃，退火速度为2.2m/min；需用的退火炉为炉膛加热长度为8m，炉内通惰性气体保护，可连续走带；
S5、一次表面处理：用磨料刷对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行表面打磨，充分去除热轧复合时所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量；
S6、冷轧开坯：将表面清洗干净的Ti-Al-Ti复合坯料在上四辊冷轧机进行开坯轧制，总的轧制变形量在40%，道次轧制变形量为10%，经过4个道次，获得2.0mm以下厚度的冷轧坯料带卷；
S7、退火热处理：在连续退火炉中对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为550℃，退火速度为3.0m/min，通惰性气体保护。
S8、切边处理：将退火后冷轧坯料带卷的边部裂口切除，得到切边后的冷轧坯料带卷；
S9、二次表面处理：用磨料刷对切边后的冷轧坯料带卷的表面进行清洗打磨，去除表面氧化层和边部毛刺；
S10、二次轧制：对二次表面处理的冷轧坯料带卷进行二次轧制加工，二次表面处理的冷轧坯料带卷总的变形量在40%，道次变形量8%，经过5个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料；其中，轧制时，工作辊的表面粗糙度为0.2μm，确保轧后带材表面光洁度良好；
S11、拉矫整平：将Ti-Al-Ti多层层状复合材料进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
上述【实施例4】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的板形好，表面光滑无裂缝，且平均剪切强度达156.4MPa，界面结合强度高。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.28，厚度比一致性较好。
【实施例5】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，参照图1，包括铝层1以及位于铝层1上下两侧的钛层2，其制备方法包括以下步骤：
S1、原料选取：钛组元层选择退火态的冷轧钛带卷TA1，厚度为1.0mm，宽度为205mm，铝组元层选用铝带卷5005H12,厚度为5.0mm，宽度为205mm；
S2、表面预处理：用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，去除带材表面的氧化层和油污，并控制处理后的钛组元层和铝组元层的表面粗糙度为80μm；其中，抛磨处理后的带材放置时间不超过12小时；
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在420℃，钛组元层的加热温度控制在700℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在2.4m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为60%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；
S4、扩散退火：在连续退火炉内对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理，退火温度为650℃，退火速度为3.0m/min；需用的退火炉为炉膛加热长度为8m，炉内通惰性气体保护，可连续走带；
S5、一次表面处理：用磨料刷对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行表面打磨，充分去除热轧复合时所形成的表面氧化层，以确保后续冷轧加工后带材的表面质量；
S6、冷轧开坯：将表面清洗干净的Ti-Al-Ti复合坯料在上四辊冷轧机进行开坯轧制，总的轧制变形量在24%，道次轧制变形量为8%，经过3个道次，获得2.0mm以下厚度的冷轧坯料带卷；
S7、退火热处理：在连续退火炉中对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为600℃，退火速度为3.8m/min，通惰性气体保护。
S8、切边处理：将退火后冷轧坯料带卷的边部裂口切除，得到切边后的冷轧坯料带卷；
S9、二次表面处理：用磨料刷对切边后的冷轧坯料带卷的表面进行清洗打磨，去除表面氧化层和边部毛刺；
S10、二次轧制：对二次表面处理的冷轧坯料带卷进行二次轧制加工，二次表面处理的冷轧坯料带卷总的变形量在56%，道次变形量8%，经过7个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料；其中，轧制时，工作辊的表面粗糙度为0.2μm，确保轧后带材表面光洁度良好；
S11、拉矫整平：将Ti-Al-Ti多层层状复合材料进行拉伸矫直，获得板面平整、表面良好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
上述【实施例5】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的板形好，表面光滑无裂缝，且平均剪切强度达158.9MPa，界面结合强度高。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.21，厚度比一致性好。
对比例
【对比例1】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，与实施例1的区别在于：S3步骤不同。
本对比例中：
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在350℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在1.5m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料。
上述【对比例1】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的平均剪切强度达122.7MPa，界面结合强度降低。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.86，厚度比一致性差，板形差。
【对比例2】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，与实施例1的区别在于：S3步骤不同。
本对比例中：
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在550℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在1m/min，铝组元层的轧制速度控制在5m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为65%，得到Ti-Al-Ti复合坯料。
上述【对比例2】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的平均剪切强度达113.8MPa，界面结合强度降低。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.93，厚度比一致性差，板形差。
【对比例3】
一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，与实施例1的区别在于：S3步骤不同。
本对比例中：
S3、热轧复合：采用电阻加热的方式，对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在350℃，钛组元层的加热温度控制在550℃；热轧复合时，钛组元层的轧制速度控制在2m/min，铝组元层的轧制速度控制在3m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为80%，得到Ti-Al-Ti复合坯料。
上述【对比例3】制得的Ti-Al-Ti多层层状复合材料的平均剪切强度达129.2MPa，界面结合强度降低。另外，随机选取10个点测试得到的厚度比的标准偏差为0.76，厚度比一致性差，板形差。
结果分析
结合以上实施例1与对比例1-3可知，界面结合强度高、厚度比一致性好的Ti-Al-Ti多层层状复合材料有赖于各组元层加热温度、轧制速度以及轧制变形量的共同配合。
结合以上实施例1-4可知，在对各组元层的加热温度、轧制速度、变形量进行控制的前提下，通过进一步控制钛组元层与铝组元层的轧制速度之比在0.8-1.2范围内，能够提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料结合界面的规整性，Ti-Al-Ti多层层状复合材料中铝层与钛层的厚度比稳定性好，同时，还能够进一步提高Ti-Al-Ti多层层状复合材料的界面结合强度。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
表面预处理：对钛组元层和铝组元层进行表面抛磨处理；所述表面预处理步骤中，用磨料刷对各组元层进行表面抛磨处理，并控制预处理后的钛组元层、铝组元层的表面粗糙度为50-80μm；
热轧复合：对表面处理后的组元层分别连续在线加热进行热轧复合，进入复合轧辊前，铝组元层的加热温度控制在250-460℃，钛组元层的加热温度控制在480-800℃；热轧复合时，钛组元层与铝组元层的轧制速度控制在1.5-4.0m/min，钛组元层与铝组元层的轧制变形量为55-70%，得到Ti-Al-Ti复合坯料；所述热轧复合步骤中，钛组元层与铝组元层的轧制速度之比为0.8-1.2；
扩散退火：在惰性气氛下对Ti-Al-Ti复合坯料进行扩散退火处理；
轧制处理：对扩散退火后的Ti-Al-Ti复合坯料进行轧制，得到Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述扩散退火步骤在连续退火炉内进行，退火温度为450-650℃，退火速度为1.5-3.0m/min，炉内通惰性气体保护。
3.根据权利要求1所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述轧制处理包括一次表面处理、冷轧开坯、退火热处理、切边处理、二次表面清洗、二次轧制和拉矫整平步骤。
4.根据权利要求3所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷轧开坯步骤中，Ti-Al-Ti复合坯料总的轧制变形量在20%-40%，道次轧制变形量为8%-20%，经过3-5个道次，得到冷轧坯料带卷。
5.根据权利要求4所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述退火热处理步骤中，对冷轧坯料带卷进行热处理，退火温度为450℃-650℃，退火速度为2.0-4.0m/min，通惰性气体保护。
6.根据权利要求4所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述二次轧制步骤中，冷轧坯料带卷总的变形量在40%-60%，道次变形量8%-20%，经过5-7个道次，制得Ti-Al-Ti多层层状复合材料。
7.根据权利要求3所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述二次轧制步骤中，工作辊的表面粗糙度小于0.3μm。
8.一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料，其特征在于：由权利要求1-7任意一项所述的一种Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法制得。
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