一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺

摘要

一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，将带材A和带材B加工成完全相同的尺寸，其中带材A和带材B均为钛、铝、铜及其合金中的一种；对二者进行表面处理，清除表面氧化物，经过表面处理的面相对进行堆叠得到A/B复合带材，接着进行真空边部焊接，再放入液氮中冷却到液氮温度，然后进行深冷轧制，实现材料界面产生大量的纳米晶粒，将深冷轧制的A/B复合带材放入室温环境进一步进行室温轧制，直至总轧制压下率达到80‑95％，其中单道次轧制压下率为20‑30％，本发明可制备高性能有色金属复合带材，适合于有色金属材料如钛、铝、铜等材料组合的复合带材制备。该板材将有可能用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域。

权利要求

1.一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，其特征在于，包括如下步骤：第一步：以带材A和带材B为原料，将A和B加工成完全相同的长度与宽度，其中带材A和带材B均为钛、铝、铜及其合金中的一种；

第二步：对带材A和带材B采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物；

第三步：将带材A和带材B进行堆叠，得到A/B复合带材，其中经过表面处理的面相对；

第四步：将A/B复合带材放入真空中，进行边部焊接；

第五步：将边部焊接的A/B复合带材放入液氮中进行冷却，冷却10分钟以上，实现材料温度被均匀冷却到液氮温度；

第六步：将冷却后的A/B复合带材进行深冷轧制，压下率控制在10-15％，实现材料界面产生大量的纳米晶粒；

第七步：将深冷轧制的A/B复合带材放入室温环境中，待其升温到室温；

第八步：对升温后A/B复合带材进一步进行室温轧制，直至总轧制压下率达到80-95％，其中单道次轧制压下率为20-30％。

2.根据权利要求1所述提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，其特征在于，所述第一步中，轧制前带材A和带材B的厚度在0.5-6mm。

3.根据权利要求1所述提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，其特征在于，所述第一步中，所述带材A和带材B的材料相同或者不相同。

4.根据权利要求1所述提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，其特征在于，所述第一步中，所述带材A和带材B轧制前厚度相同或者不相同。

说明书

一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺

技术领域

[0001] 本发明属于金属复合材料轧制技术领域，特别涉及一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺。

背景技术

[0002] 高性能层状金属复合材料一直受到本领域国内外同行的高度关注，其在防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域具有广阔应用前景。塑性变形过程中层状复合材料界面焊合情况决定产品的力学和腐蚀性能。

[0003] 传统金属层状复合板一般采用爆炸法。然而，材料界面质量难以控制。与此同时，该工艺只适合于制备特厚复合板。随着人们对工件尺寸降低、性能提高、质量减轻的要求增加，急需开发出极薄复合层状材料。轧制复合是常用的方法，一般情况下有热轧复合法和冷轧复合法，对于这两种方法制备的金属复合板的界面结合质量相对难以控制，这样的产品仅能够满足低端市场，主要原因是这些产品的界面是机械焊合和冶金焊合的结合，其强度与完全冶金结合的情况依然存在较大差别。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，利用该方法制备的复合金属材料，其界面结合质量相对于传统轧制方法制备的复合金属材料界面将大幅提高。该方法将适用于不同型号的钛、铝、铜及其合金的组合，比如钛/AA1050、铜/铝复合板。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺，包括如下步骤：

[0007] 第一步：以带材A和带材B为原料，将A和B加工成完全相同的长度与宽度，其中带材A和带材B均为钛、铝、铜及其合金中的一种；

[0008] 第二步：对带材A和带材B采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物；

[0009] 第三步：将带材A和带材B进行堆叠，得到A/B复合带材，其中经过表面处理的面相对；

[0010] 第四步：将A/B复合带材放入真空中，进行边部焊接；

[0011] 第五步：将边部焊接的A/B复合带材放入液氮中进行冷却，冷却10分钟以上，实现材料温度被均匀冷却到液氮温度；

[0012] 第六步：将冷却后的A/B复合带材进行深冷轧制，压下率控制在10-15％，实现材料界面产生大量的纳米晶粒；

[0013] 第七步：将深冷轧制的A/B复合带材放入室温环境中，待其升温到室温；

[0014] 第八步：对升温后A/B复合带材进一步进行室温轧制，直至总轧制压下率达到80-95％，其中单道次轧制压下率为20-30％。

[0015] 所述第一步中，轧制前带材A和带材B的厚度在0.5-6mm。

[0016] 所述第一步中，所述带材A和带材B的材料相同或者不相同。

[0017] 所述第一步中，所述带材A和带材B轧制前厚度相同或者不相同。

[0018] 本发明的主要原理：(1)在深冷轧制过程中，利用两种金属之间的性能差异以及界面焊合差的特点，实现在复合材料界面处形成大量的纳米晶粒；(2)纳米晶粒长大过程中能力释放，有利于界面焊合的原理实现材料界面焊合质量提高。

[0019] 本发明可制备高性能有色金属复合带材，适合于有色金属材料如钛、铝、铜等材料组合的复合带材制备。该板材将有可能用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域。

附图说明

[0020] 图1是本发明工艺流程示意图。

[0021] 图2是本发明深冷轧制制备的钛/铝复合材料界面示意图。

[0022] 图3是本发明室温轧制制备的钛/铝复合材料界面示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

[0024] 实施例1：纯钛与纯铝复合带材制备

[0025] 如图1所示，步骤如下：

[0026] 第一步：以带材A1和带材B2为原料，带材A1为工业纯钛板带，带材B2为工业纯铝带材。轧制前带材A1和带材B2的厚度分别为0.5mm和1mm。将带材A1和带材B2加工成完全相同的尺寸0.2m(长)×0.1m(宽)。

[0027] 第二步：对带材A1和带材B2采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物。

[0028] 第三步：将带材A1和带材B2进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到堆叠的A/B复合带材3。

[0029] 第四步：将堆叠的A/B复合带材3放入真空中，进行边部焊接。

[0030] 第五步：将边部焊接的A/B复合带材放入盛有液氮5的深冷箱4中进行冷却，冷却10分钟以上，实现温度被均匀冷却到液氮温度。

[0031] 第六步：利用上轧辊一7和下轧辊一8，将深冷处理的A/B复合带材复合带材进行轧制，压下率控制在15％，实现材料界面产生大量的纳米晶粒，如图2所示，得到深冷轧制的A/B复合带材9。

[0032] 第七步：将深冷轧制的A/B复合带材9放入室温环境中，待其升温到室温。

[0033] 第八步：利用上轧辊二11和下轧辊二12，对升温到室温的A/B复合带材10进一步进行室温轧制，直至将总轧制压下率达到85％，其中单道次轧制压下率为20％。最后材料的界面完全焊合，如图3所示。

[0034] 对该复合工艺制备的钛铝复合带材进行拉伸试验，该材料的抗拉强度比传统轧制方法制备的抗拉强度提高15％。

[0035] 实施例2：铜与纯铝复合带材制备

[0036] 如图1所示，步骤如下：

[0037] 第一步：以带材A1和带材B2为原料，带材A1为铜带材，带材B2为工业纯铝带材。轧制前带材A1和带材B2的厚度分别为2mm和2mm。将带材A1和带材B2加工成完全相同的尺寸0.3m(长)×0.1m(宽)。

[0038] 第二步：对带材A1和带材B2采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物。

[0039] 第三步：将带材A1和带材B2进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到堆叠的A/B复合带材3。

[0040] 第四步：将堆叠的A/B复合带材3放入真空中，进行边部焊接。

[0041] 第五步：将边部焊接的A/B复合带材放入盛有液氮5的深冷箱4中进行冷却，冷却10分钟以上，实现温度被均匀冷却到液氮温度。

[0042] 第六步：利用上轧辊一7和下轧辊一8，将深冷处理的A/B复合带材复合带材进行轧制，压下率控制在20％，实现材料界面产生大量的纳米晶粒，得到深冷轧制的A/B复合带材9。

[0043] 第七步：将深冷轧制的A/B复合带材9放入室温环境中，待其升温到室温。

[0044] 第八步：利用上轧辊二11和下轧辊二12，对升温到室温的A/B复合带材10进一步进行室温轧制，直至将总轧制压下率达到90％，其中单道次轧制压下率为25％。最后材料的界面完全焊合。