CN105018879B - 一种覆钛不锈钢复合板制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用超高速喷射沉积和轧制处理的覆钛不锈钢复合板的制备方法。一种覆钛不锈钢复合板制备方法，通过将纯钛粉末高速喷射沉积于经过活化的基材表面获得结合力良好的复合板料，然后通过热轧获得涂层致密、界面为冶金结合的覆钛不锈钢板；采用球形Al2O3粒子高速轰击的方法对不锈钢基材进行表面活化处理。本发明的制备方法可方便地实现不锈钢板表面单面或双面覆钛，且可以根据实际需求灵活调整钛覆层的厚度。本发明的制备方法工艺简单、可控性好、生产效率高，制备的金属钛板具有结合力好、致密度高、耐蚀性能好、使用寿命长等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种覆钛不锈钢复合板的制备方法，特别涉及采用超高速喷射沉积和轧制处理的覆钛不锈钢复合板的制备方法。
背景技术
金属层状复合材料通常是由两种或多种性能不同的金属板材通过特殊的加工制备方法复合而成。这种材料同时具备了不同金属材料组元的物理与化学性能，既克服了单一金属材料性能上的单一性，同时又在价格上得到了互补。因此，金属复合板自诞生以来就受到多种行业的重视和使用。
不锈钢因其具有优良的耐蚀性和表面光洁度而被广泛应用于汽车、建筑、装饰、化工等各领域，其需求量也在逐年增长。钛在氧化性、中性及氯离子介质中的耐蚀性能均优于不锈钢，并具有一系列其它的优异特性，如：低密度，良好的生物相容性，独特的装饰性能(通过调整氧化膜厚度以及钛材表面光泽度，可以使钛材的表面呈现多姿多彩的外观)，导致钛在诸多领域具有更为广阔的应用前景。钛-不锈钢复合板，由于兼具不锈钢板和钛板两种金属的优点，且克服了钛板制造成本高的不足，更具市场潜力。
现有的钛-钢复合板制造方法主要有***复合法、轧制压接法或***制坯-轧制法。***复合法通常在常温下进行，指利用******产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法。如中国专利CN200810226956.8、CN200810226957.2和CN200910023101.X均利用***复合制钛-钢复合板。但由于***复合受自身工艺限制，金属板变形较大，仅适用于厚金属板(通常复层厚度大于1.5mm)的复合。为得到薄型钛-钢复合板，中国专利CN200810226955.3采用***制坯-轧制法，先利用***复合法制轧制坯料，油压机矫平，再钢面两两相对叠放并将四周焊接后，加热至温度为700-1000℃，保温1-4h，经过6-10道次轧制，获得最终厚度为2.5-6mm的复合板。轧制压接法通常是将板组装后，在真空条件下加热轧制。中国专利CN200810064689.9公开了一种钛合金板与不锈钢板的真空热轧复合方法，其主要原理是将钛合金板、不锈钢板以及铜箔过渡层铆合后，在真空度为(1～3)×10－3Pa、温度为600～1100℃真空炉中保温后热轧获得钛合金-不锈钢复合板。轧制压接法是最先将钛板(复合材)与钢板(基材)以嵌入式的板坯组装，在钛板与钢材之间放入合适的中间嵌入材，再在高真空下采用电子束焊接。最后放入加热炉加热后，在厚板轧机上强压轧到所要求的厚度，这样钛板与钢板则真正接合了。中国专利CN200910010100.1采用热轧机直接压延复合方法获得钛/钢复合板。但是上述方法的共同特点是直接利用钛板成品与钢板复合，但受自身特点所限钛材成材率低，且难以获得更薄规格钛复层的钛-钢复合板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种覆钛不锈钢复合板制备方法，该制备方法工艺简单、可控性好、生产效率高，制备的金属钛板具有结合力好、致密度高、耐蚀性能好、使用寿命长等特点。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种覆钛不锈钢复合板制备方法，通过将纯钛粉末高速喷射沉积于经过活化的基材表面获得结合力良好的复合板料，然后通过热轧获得涂层致密、界面为冶金结合的覆钛不锈钢板；其步骤如下：
(1)备料：选择低氧、低氢的高纯钛粉作为纯钛覆层原材料，粉体粒径分布范围为5-200μm，钛粉粒子形状为球形、类球形，或不规则形；
(2)不锈钢基材的表面活化：采用球形Al2O3粒子高速轰击的方法对不锈钢基材进行表面活化处理；
(3)高速喷射沉积法沉积纯钛层：将纯钛粉送入粉末加速器加速后喷向经过表面活化的不锈钢基板上，沉积形成纯钛覆层；
(4)钛覆层的致密化：采用热轧工艺实现不锈钢基材上钛覆层的致密化，将得到的不锈钢-纯钛板料置于热处理炉内加热，使其温度均匀达到850～1100℃，然后对上述经过加热的不锈钢-纯钛板料进行热轧，实现纯钛覆层的致密化，同时达到界面的冶金结合。
进一步，所述步骤1中的粉体粒径分布范围为10-50μm。
进一步，所述步骤1中的高纯钛粉的制备工艺为氢化脱氢法获得的不规则钛粉，高纯钛粉的制备工艺为气体雾化法获得球形或类球形钛粉。
进一步，所述步骤2中球形Al2O3粒子的粒径分布范围为5-60μm；所述球形Al2O3粒子的粒径分布范围为10-30μm。
进一步，所述步骤3中利用高速喷射沉积技术能在不锈钢基材上单面沉积复合纯钛层，或双面沉积复合纯钛层。
进一步，所述步骤3中沉积得到的纯钛覆层为多孔材料，孔隙率在5％～30％范围变化。
进一步，所述步骤4中为保证轧制温度≥850℃，对板料每进行2～3道次热轧后，将板料返炉加热至850～1100℃均温后再进行热轧。
所述经过热轧处理的覆钛不锈钢复合板能直接应用，或再经过酸洗、退火、冷轧、平整、去应力退火形成高等级覆钛不锈钢复合板。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
通过本发明的制备方法可方便地实现不锈钢板表面单面或双面覆钛，且可以根据实际需求灵活调整钛覆层的厚度。所制复合板不但继承了不锈钢板较好的耐腐蚀、耐热及力学性能，同时又兼顾纯钛板更佳的耐蚀性能以及低密度、生物相容性等优点，同时钛覆层和不锈钢板之间界面为冶金结合，复合强度高。
本发明的制备方法工艺简单、可控性好、生产效率高，适于工业化应用。
附图说明
图1为本发明的实施例一轧制后钢板截面经抛光后的金相照片；
图2为本发明的实施例二轧制后钢板截面经抛光后的金相照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
本实施例中的覆钛不锈钢复合板制备方法包括以下步骤：
(1)备料：选用200mm×100mm×5mm厚度为5mm的304不锈钢板为基板，用氢化脱氢法得到的低氧、低氢的高纯钛粉为钛覆层原料，纯钛粉粒径分布范围为5-100μm，平均粒径为32μm，粒子形状为不规则形；
(2)不锈钢基材的表面活化：采用球形Al2O3粒子高速轰击的方法对不锈钢基材进行表面活化处理。Al2O3粒子的粒径分布范围为10-30μm，平均粒径为20μm。
(3)高速喷射沉积法沉积纯钛层：将纯钛粉送入粉末加速器加速后喷向经过表面活化的不锈钢基板上，沉积形成纯钛覆层。粉末加速器采用压力值为2.8MPa、预热温度550℃氮气驱动上述纯钛粉粒子，送粉速率为6L/h，在上述经过活化的304不锈钢基板上单面沉积纯钛层。所制纯钛覆层平均厚度为1.2mm，为多孔结构，孔隙率约为12％。
(4)钛覆层的致密化：将上述不锈钢-纯钛板料置于箱式电阻炉内加热，使其温度均匀达到1050℃，然后对其进行1道次轧制，轧制后厚度为3.8mm，总压下量为28％，如图1为轧制后钢板截面经抛光后的金相照片。由此可知，纯钛覆层1已经完全致密化，界面已达到冶金焊合。轧后复合板材钛覆层厚度约为850μm，不锈钢基板2与钛覆层1之间的扩散层3厚度约为40μm。
实施例二：
本实施例中的覆钛不锈钢复合板制备方法包括以下步骤：
(1)备料选用200mm×100mm×3mm厚度为3mm的430不锈钢钢板为基板，用气体雾化法制得高纯钛粉为钛覆层原料。纯钛粉粒径分布范围为10-50μm，平均粒径为32μm，粒子形状以球形为主，其余为类球形粒子。
(2)不锈钢基材的表面活化：采用球形Al2O3粒子高速轰击的方法对不锈钢基材进行表面活化处理。Al2O3粒子的粒径分布范围为10-30μm，平均粒径为20μm。
(3)高速喷射沉积法沉积纯钛层：将纯钛粉送入粉末加速器加速后喷向经过表面活化的不锈钢基板上，沉积形成纯钛覆层。粉末加速器利用压力值为3.0MPa、预热温度500℃氮气驱动上述纯钛粉粒子，送粉速率为6L/h，在上述经过活化的430不锈钢基板上单面沉积纯钛层。所制纯钛覆层平均厚度为1.2mm，为多孔结构，孔隙率约为14％。
(4)钛覆层的致密化：将上述不锈钢-纯钛板料置于箱式电阻炉内加热，使其温度均匀达到850℃，然后对其进行3道次轧制，轧制后厚度为1.8mm，总压下量为57％，如图2为轧制后钢板截面经抛光后的金相照片。由此可知，纯钛覆层4已经完全致密化，界面已达到冶金焊合。轧后复合板材钛覆层厚度约为250μm，不锈钢基板5与钛覆层4之间的扩散层6厚度约为20μm。
本发明的覆钛不锈钢复合板制备方法工艺简单、可控性好、生产效率高，制备的金属钛板具有结合力好、致密度高、耐蚀性能好、使用寿命长等特点。
以上仅对不锈钢板表面进行单面覆钛，对不锈钢板表面进行双面覆钛的过程与单面覆钛相同；对于钛覆层厚度可以根据实际需求进行灵活调整。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：通过将纯钛粉末高速喷射沉积于经过活化的基材表面获得结合力良好的复合板料，然后通过热轧获得涂层致密、界面为冶金结合的覆钛不锈钢板；其步骤如下：
(1)备料：选择低氧、低氢的高纯钛粉作为纯钛覆层原材料，粉体粒径分布范围为5-200μm，钛粉粒子形状为球形、类球形，或不规则形；
(2)不锈钢基材的表面活化：采用球形Al2O3粒子高速轰击的方法对不锈钢基材进行表面活化处理；
(3)高速喷射沉积法沉积纯钛层：将纯钛粉送入粉末加速器加速后喷向经过表面活化的不锈钢基板上，沉积形成纯钛覆层；
(4)钛覆层的致密化：采用热轧工艺实现不锈钢基材上钛覆层的致密化，将得到的不锈钢-纯钛板料置于热处理炉内加热，使其温度均匀达到850～1100℃，然后对上述经过加热的不锈钢-纯钛板料进行热轧，实现纯钛覆层的致密化，同时达到界面的冶金结合。
2.根据权利要求1所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(1)中的粉体粒径分布范围为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(1)中的高纯钛粉的制备工艺为氢化脱氢法获得的不规则钛粉，高纯钛粉的制备工艺为气体雾化法获得球形或类球形钛粉。
4.根据权利要求1所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(2)中球形Al2O3粒子的粒径分布范围为5-60μm。
5.根据权利要求4所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述球形Al2O3粒子的粒径分布范围为10-30μm。
6.根据权利要求1所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(3)中利用高速喷射沉积技术能在不锈钢基材上单面沉积复合纯钛层，或双面沉积复合纯钛层。
7.根据权利要求6所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(3)中沉积得到的纯钛覆层为多孔材料，孔隙率在5％～30％范围变化。
8.根据权利要求1所述的覆钛不锈钢复合板制备方法，其特征是：所述步骤(4)中为保证轧制温度≥850℃，对板料每进行2～3道次热轧后，将板料返炉加热至850～1100℃均温后再进行热轧。
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