CN117531833B - 一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金材料的制备领域，具体涉及一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法；具体步骤为：一、板坯预处理；二、施加脉冲电流；三、轧制复合；四、板坯后处理，即可得到大厚比镁/钛复合板，得到的复合板表面质量良好，无氧化层脱落，边部和端部无开裂，结合界面良好。解决了大厚比镁/钛复合板在爆炸熔化焊时不能形成稳定的结合界面，覆板厚度很小，钛薄板在复合时产生开裂、压碎，工艺参数复杂，轧制压下率、轧制温度、轧制速度等参数均会影响层合板的成品质量，钛薄板在大压下量轧制过程中易碎裂，不能与大厚度镁板有效复合等问题。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料的制备技术领域，特别是涉及一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法。
背景技术
以大厚度镁及镁合金板为基层，极薄的钛合金为覆层，制备出的大厚比镁/钛复合板（镁/钛厚比20:1及以上）可以同时兼有镁和钛的优异性能，且在具有镁合金低密度的前提下拥有钛合金优异的抗腐蚀性能和表层强韧性，在对密度和综合性能要求苛刻的空间站、卫星、天地往返飞行器等航天飞行器中极具应用前景。然而因为大厚度镁及镁合金板和钛薄板具有常规不相容性，有差异较大的塑性变形能力，两种板材在复合时大厚度镁及镁合金板的变形远大于钛薄板，变形的极不协调使得复合板坯的结合界面的稳定性和力学性能差，导致在大压下量轧制时钛薄板压碎，板材开裂而无法复合的现象。因为现有制备工艺的局限性阻碍了大厚比镁/钛复合板的发展和广泛应用。
目前，大厚比镁/钛复合板的制备工艺主要有爆炸复合法、热轧复合法和扩散复合法等。爆炸焊接法是将两种或多种用间隙隔开的金属板材平行放置，通过炸药爆轰的能量，使两种或多种金属体之间产生高速斜碰撞，从而使金属体之间产生固相的冶金结合的一种焊接技术。但是钛和镁具有常规不相容性，爆炸熔化焊不能形成稳定的结合界面，同时覆板厚度很小，钛薄板在复合时产生开裂、压碎等问题。热轧复合法是将待复合金属表面处理，将需复合的表面接触放置在一起，再进行加热轧制，金属板在高温高压的作用下产生塑性变形并实现金属间的复合。但是轧制复合工艺参数的设定较为复杂，如轧制压下率、轧制温度、轧制速度等参数均会影响层合板的成品质量，钛薄板在大压下量轧制过程中易碎裂，不能与大厚度镁及镁合金板有效复合等问题。扩散复合法对于异种材料连接具有显著优势，包括直接固态扩散复合和瞬间液相扩散复合。但是直接固态扩散复合所需的时间较长，产品的尺寸和形状也受到限制，不适用于工业大规模生产。综上所述，钛镁复合板现有制备方法均存在不同程度的缺陷。
发明内容
本发明针对大厚比镁/钛复合板爆炸熔化焊不能形成稳定的结合界面，同时覆板厚度很小，钛薄板在复合时产生开裂、压碎等问题。轧制复合法的工艺参数设定较为复杂，轧制压下率、轧制温度、轧制速度等参数均会影响层合板的成品质量，钛薄板在大压下量轧制过程中易碎裂，不能与大厚度镁及镁合金板有效复合等问题。对于扩散复合法制备大厚比镁/钛复合板，固态扩散复合所需的时间较长，产品的尺寸和形状也受到限制，不适用于工业大规模生产等问题，提供一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，包括以下步骤：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的大厚度镁及镁合金板、中间过渡层箔材和钛薄板切割成相同尺寸的板坯，大厚度镁及镁合金板和钛薄板置于箱式真空热处理炉中退火、保温，冷却后取出；
b.采用砂纸对各板坯（指的是大厚度镁及镁合金板、中间过渡层箔材和钛薄板）表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后清洁，干燥；
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层箔材和大厚度镁及镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯；
步骤二、施加脉冲电流
使用绝缘推板将所述大厚比镁/钛复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体防止加热氧化，施加脉冲电流，使电流垂直通入（电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路）大厚比镁/钛复合板坯，通电加热，各板坯及结合界面开始加热，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热，加热温度达到大厚比镁/钛复合板的轧制温度后开始轧制；
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板，采用单道次轧制或多道次轧制对加热至轧制温度的大厚比镁/铝复合板坯进行轧制；
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的大厚比镁/钛复合板坯置于箱式真空热处理炉中进行退火处理，保温，炉冷，然后对冷却后的大厚比镁/钛复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
优选地，步骤一中，大厚度镁及镁合金板退火温度为300℃~500℃，保温时间为30~60min；钛薄板退火温度为800℃~1000℃，保温时间为60~90min。
优选地，步骤一中，大厚度镁及镁合金板厚度为5-25mm，钛薄板的厚度为0.1~0.5mm，厚度组合大于50:0.1；中间过渡层厚度按实验需求确定，中间过渡层箔材的厚度为0.1-0.5mm；其中厚度组合为钛覆层厚度:镁基层厚度，中间过渡层的厚度取决于镁基层和钛覆层的厚度，当镁板和钛薄板厚度增大时，中间过渡层厚度成正比例增大，中间过渡层箔材的厚度为0.1-0.5mm。
切割成长100~300mm、宽50~150mm的板坯。
优选地，步骤一中，打磨至表面粗糙度为Ra1.6-Ra0.8，优选采用1200#砂纸对各板坯进行打磨。
优选地，步骤一中，微小间隙为0.05mm，在通电加热时存在空气电阻，使得结合界面产生更多的热量。
优选地，中间过渡层包括中间过渡层铝箔、中间过渡层锌箔、中间过渡层铝合金箔或者中间过渡层锌合金箔。
优选地，步骤二中，脉冲电流参数依据轧件物理属性和轧制工艺设定，电流密度150~500A/mm2，频率为300~1000Hz，功率为10~50KW，占空比为20％~60％，波形为矩形。
优选地，步骤二中，加热温度为400~500℃。
优选地，步骤二中，所述惰性气体为氩气气氛，氩气气压0.95~1MPa，氩气的质量纯度为99.99%。
优选地，步骤二中，通过在轴承座底部放置陶瓷绝缘垫片实现轧机机架的绝缘。
优选地，步骤三中，道次压下率为20%-25%，轧制速度为0.1~0.5m/s。
优选地，步骤四中，退火温度为400℃~500℃，保温时间为60~90min。
本发明公开了以下技术效果：
1.本发明通过对大厚比镁/钛复合板垂直施加脉冲电流，使其中部分电流由复合板上方垂直通过各金属板坯（指的是大厚度镁及镁合金板、中间过渡层箔材和钛薄板）及板间间隙产生热量，加热复合板坯达到指定温度，以便后续轧制复合。对复合板坯垂直施加脉冲电流时，复合板坯中各金属板坯结合界面存在一定间隙，空气电阻大于各金属板坯自身的电阻，当脉冲电流流动遇到复合板坯接触面间的缝隙时，会产生绕流，使得缝隙电流密度急剧增加，金属板坯间隙产生的热量大于板坯内的热量。因此，板坯结合界面温度高于板内温度，中间过渡层箔材受热熔化、扩散，促进大厚比镁/钛复合板的复合成形。
2.本发明另一部分脉冲电流平行于板坯流动，形成一条包括板坯在内的长循环回路，利用电致塑性改善轧制复合工艺，借助脉冲电流中纯电塑效应可以有效促进金属材料在复合时的位错和超位错运动能力，增强大厚比板坯的塑性变形能力及降低变形抗力，同时加快再结晶过程，细化晶粒，提高板坯的加工质量。
3.本发明通过将铝、锌等金属及合金箔材作为中间过渡层，置于大厚度镁及镁合金板和钛薄板之间，有效缓解了Ti与Mg在室温和高温下基本不产生互溶，且二者没有金属间化合物生成，而使得大厚比镁/钛复合板结合界面不稳定、开裂和复合板坯强度降低等问题。
4.本发明采用脉冲电流辅助轧制复合方法制备大厚比镁/钛复合板，需要较小压下量就可实现复合板坯的有效结合，降低了对轧机的性能要求，同时降低了临界复合变形率，抑制复合板坯的边裂情况，提高金属复合板的结合强度，提高了生产效率。且该制备方法为连续大批量生产，大厚比镁钛复合板的制备加工提供了一种新思路。
5.本发明采用温辊装置加热轧辊到指定温度，采用近等温轧制复合板坯，使结合界面区域处于热加工窗口，避免钛薄板因轧制变形区温度过低塑性变形能力差，在轧制复合过程中被压碎、开裂等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的大厚比镁/钛复合板结合界面微观图；
图2为本发明实施例1中大厚比镁/钛复合板产品横截面界面区域SEM背散射图像；
图3为本发明实施例1中大厚比镁/钛复合板界面EDS线扫描分析；
图4为本发明实施例1中大厚比镁/钛复合板拉伸性能曲线（出现三条线是为排除数据的偶然性，相同参数下重复实验三次取平均值）；
图5为本发明实施例2中的大厚比镁/钛复合板结合界面微观图；
图6为本发明实施例2中大厚比镁/钛复合板产品横截面界面区域SEM背散射图像；
图7为本发明实施例2中大厚比镁/钛复合板界面EDS线扫描分析。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
大厚比镁/钛复合板的制备方法如下：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为5mm的大厚度镁合金板、厚度0.1mm的中间过渡层铝合金箔材和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比1:50，板坯的长和宽分别为100mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中300℃保温30min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中800℃保温90min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、施加脉冲电流
根据复合板坯中大厚度镁合金板、中间过渡层铝合金箔材和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度500A/mm2，频率为800Hz，功率为50KW，占空比为50％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压0.95MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到400℃，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热到400℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为20%，轧制速度为0.5m/s。
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的复合板坯置于箱式真空热处理炉中500℃保温90min，进行退火处理，炉冷。然后对冷却后的复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
实施例1制备的大厚比镁/钛复合板结合界面微观图见图1，横截面界面区域SEM背散射图像见图2，大厚比镁/钛复合板界面EDS线扫描分析见图3，拉伸性能曲线见图4（出现三条线是为排除数据的偶然性，相同参数下重复实验三次取平均值），从图4可以看出大厚比镁/钛复合板具有较好的延伸率及拉伸强度，本发明方法所制备的大厚比镁/钛复合板具有较好的力学性能。本实施例的制备大厚比镁/钛复合板得到的复合板变形协调，无氧化层脱落，边部和端部无开裂，结合界面良好。微观组织结合界面区域整体结合较好，无较大孔洞，力学性能良好。
实施例2
大厚比镁/钛复合板的制备方法如下：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为5mm的大厚度镁合金板、厚度0.1mm中间过渡层铝合金箔材和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比1：50，板坯的长和宽分别为120mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中300℃保温60min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中1000℃保温60min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、施加脉冲电流
根据复合板坯中大厚度镁合金板、中间过渡层铝合金箔材和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度500A/mm2，频率为100Hz，功率为30KW，占空比为50％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压1MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到300℃，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热到300℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为25%，轧制速度为0.2m/s。
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的复合板坯置于箱式真空热处理炉中400℃保温90min，进行退火处理，炉冷。然后对冷却后的复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
实施例2中大厚比镁/钛复合板结合界面微观图见图5，横截面界面区域SEM背散射图像见图6，界面EDS线扫描分析见图7，本实施例可以成功制备大厚比镁/钛复合板，复合板变形协调，结合界面稳定性高，边部和端部无开裂。微观组织结合界面区域整体结合较好，无较大孔洞。
实施例3
大厚比镁/钛复合板的制备方法如下：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为25mm的大厚度镁板、厚度0.2mm的中间过渡层铝箔材和厚度为0.5mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比1:50，板坯的长和宽分别为100mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中500℃保温50min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中900℃保温80min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙0.03mm，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、施加脉冲电流
根据复合板坯中大厚度镁板、中间过渡层铝箔材和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度300A/mm2，频率为300Hz，功率为20KW，占空比为20％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压1MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到400℃，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热到400℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为20%，轧制速度为0.5m/s。
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的复合板坯置于箱式真空热处理炉中500℃保温60min，进行退火处理，炉冷。然后对冷却后的复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
本实施例成功制备大厚比镁/钛复合，表面质量良好，复合板变形协调，边部和端部无开裂，结合界面良好。
实施例4
大厚比镁/钛复合板的制备方法如下：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为10mm的大厚度镁合金板、厚度0.2mm的中间过渡层锌合金箔材和厚度为0.2mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比1:50，板坯的长和宽分别为100mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中450℃保温40min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中900℃保温60min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层锌合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、施加脉冲电流
根据复合板坯中大厚度镁合金板、中间过渡层锌合金箔材和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度500A/mm2，频率为500Hz，功率为30KW，占空比为80％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压0.95MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到500℃，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热到500℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为20%，轧制速度为0.5m/s。
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的复合板坯置于箱式真空热处理炉中500℃保温80min，进行退火处理，炉冷。然后对冷却后的复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
对比例1（对比现有的轧制工艺，未引入脉冲电流、未引入温辊轧制）
同实施例1，不同之处仅在于采用现有普通厚比镁/钛复合板制备工艺轧制大厚比镁/钛复合板，现有的轧制工艺大压下导致板材开裂无法复合，以体现本申请制备可有效制备大厚比镁/钛复合板。
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度为5mm的大厚度镁合金板、厚度为0.1mm的中间过渡层铝合金箔材和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比为 1:50，板坯的长和宽分别为80mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中400℃保温30min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中800℃保温90min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、轧制复合
将复合板坯置于箱式真空热处理炉中400℃保温15min，操作送料装置的推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为40%，轧制速度为0.5m/s。
对比例1中因为钛合金和镁合金塑性变形能力差异大，结合困难，使得大厚度镁板与钛薄板直接轧制复合所需的温度高、道次压下率大。大压下率导致钛覆层开裂，从而无法有效复合。
对比例2（采用箱式真空热处理炉加热、小压下轧制）
同实施例1，不同之处仅在于制备大厚比镁/钛复合板，未引入脉冲电流。
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为5mm的大厚度镁合金板、厚度为0.1mm的中间过渡层铝合金箔材和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比为1:50，板坯的长和宽分别为100mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中400℃保温30min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中900℃保温20min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、加热板坯
将大厚比镁/钛复合板置于箱式真空热处理炉中400℃保温15min，使用绝缘推板将复合板坯置于半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止氧化，氩气气压0.95MPa，氩气的质量纯度为99.99%。温辊装置加热轧辊到400℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为20%，轧制速度为0.2m/s。
对比例2中未引入脉冲电流制备大厚比镁钛复合板，在此对比例中，未施加脉冲电流导致大厚比镁/钛复合板中间部分未成功复合，通过施加脉冲电流可以产生纯电塑效应促进金属材料在复合时的位错和超位错运动能力，增强大厚比板坯的塑性变形能力及降低变形抗力，同时加快再结晶过程，细化晶粒，提高大厚比镁/钛复合板的复合成形质量。
对比例3（施加脉冲电流、未引入温辊轧制）
同实施例1，不同之处仅在于制备大厚比镁/钛复合板，未引入温辊轧制。
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为5mm的大厚度镁合金板、厚度为0.1mm的中间过渡层铝合金箔材和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比为1:50，板坯的长和宽分别为120mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中400℃保温30min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中900℃保温20min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层铝合金箔材和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、加热板坯
根据复合板坯中大厚度镁合金板、中间过渡层铝合金箔材和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度300A/mm2，频率为300Hz，功率为50KW，占空比为50％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压0.95MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到350℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为25%，轧制速度为0.2m/s。
本对比例未引入温辊轧制大厚比镁/钛复合板，导致钛覆层压碎，无法顺利制备大厚比镁/钛复合板，因为钛覆层常温塑性变形能力差，直接轧制导致钛薄板碎裂，不能有效使钛薄板与镁板复合。
对比例4
同实施例1，不同之处仅在于制备大厚比镁/钛复合板的过程中未引入中间过渡层铝合金箔材，直接将大厚度镁合金板和钛薄板进行轧制，具体过程如下：
步骤一、板坯预处理：
a.将厚度相差较大的厚度为5mm的大厚度镁合金板和厚度为0.1mm的钛薄板使用电火花切割成相同尺寸的板坯，厚度组合比1:50板坯的长和宽分别为100mm和50mm，将大厚度镁合金板置于箱式真空热处理炉中400℃保温30min，钛薄板置于箱式真空热处理炉中800℃保温90min，冷却后取出。
b.对上述板坯进行清洁处理：采用500#、800#、1200#、1500#和2000#砂纸对各板坯表面进行打磨，清除表面氧化层的同时使板面具有一定粗糙度，打磨完成之后用无水乙醇或丙酮溶液清洁并干燥。
c.将清理完成的板坯按钛薄板和大厚度镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯。
步骤二、施加脉冲电流
根据复合板坯中大厚度镁合金板和钛薄板的材料属性及制备工艺设定脉冲电源的电流密度、频率和功率等相关参数，参数设置范围为电流密度500A/mm2，频率为800Hz，功率为50KW，占空比为50％，波形为矩形。使用绝缘推板将复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体氩气防止加热氧化，氩气气压0.95MPa，氩气的质量纯度为99.99%。打开电源开关，使电流由板面上方垂直流入大厚比镁/钛复合板板坯，再经下方电源组件形成闭环回路，使电流垂直通入板坯，通电加热，板坯及结合界面开始加热，加热温度达到400℃，同时温辊装置加热轧辊到400℃，开始轧制。
步骤三、轧制复合
操作送料装置的绝缘推杆将预热的大厚比镁/钛复合板坯推送到轧机指定区域，启动轧机，开始轧制复合板板坯，采用一道次轧制复合，道次压下率为20%，轧制速度为0.5m/s。
本对比例未引入中间过渡层铝合金箔材制备大厚比镁/钛复合板，无法顺利得到具有较好平直度的大厚比镁/钛复合板，因为钛合金和镁合金之间没有形成金属间化物，同时镁/钛塑性变形能力差异大，结合困难，大厚度镁板与钛薄板直接轧制复合时所需的温度高、道次压下率大（单道次临界压下率约40%），极易导致复合板出现瓢曲、厚度不均和开裂等缺陷。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、板坯预处理：
a.将大厚度镁或镁合金板、中间过渡层箔材和钛薄板切割成相同尺寸的板坯，大厚度镁或镁合金板和钛薄板退火、保温，冷却后取出；
b.采用砂纸对各板坯表面进行打磨，打磨完成之后清洁，干燥；
c.将清理完成的板坯按钛薄板、中间过渡层箔材和大厚度镁或镁合金板的顺序进行组坯，使打磨完成后具有一定粗糙度的板面相对放置，并保留有微小间隙，所述微小间隙为0.03mm，固定后进行校平、校直，得到大厚比镁/钛复合板坯；
大厚度镁或镁合金板厚度为5-25mm，钛薄板的厚度为0.1~0.5mm，厚度组合比为1∶50；
步骤二、施加脉冲电流
将所述大厚比镁/钛复合板坯置于安装有脉冲电流辅助轧制装置的半封闭保护罩中，通入惰性气体，施加脉冲电流，使电流垂直通入大厚比镁/钛复合板坯，通电加热，同时打开温辊装置对轧辊进行感应加热，加热温度达到大厚比镁/钛复合板的轧制温度后开始轧制，其中，电流密度为150~500A/mm2，频率为300~1000Hz，功率为10~50KW，占空比为20％~60％，波形为矩形，加热温度为400~500℃；
步骤三、轧制复合
采用单道次轧制或多道次轧制对加热至轧制温度的大厚比镁/钛复合板坯进行轧制；
步骤四、板坯后处理
将轧制完成的大厚比镁/钛复合板坯进行退火处理，保温，炉冷，然后对冷却后的大厚比镁/钛复合板坯进行打磨、清洗，干燥之后得到大厚比镁/钛复合板。
2.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤一中，大厚度镁或镁合金板退火温度为300℃~500℃，保温时间为30~60min；钛薄板退火温度为800℃~1000℃，保温时间为60~90min。
3.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤一中，中间过渡层箔材的厚度为0.1-0.5mm；
切割成长100~300mm、宽50~150mm的板坯。
4.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤一中，打磨至表面粗糙度为Ra1.6-Ra0.8。
5.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤二中，所述惰性气体为氩气气氛，氩气气压0.95~1MPa，氩气的质量纯度为99.99%。
6.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤三中，道次压下率为20%-25%，轧制速度为0.1~0.5m/s。
7.根据权利要求1所述一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法，其特征在于，步骤四中，退火温度为400℃~500℃，保温时间为60~90min。
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