CN110561851A - 低成本非真空金属层状复合材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法，通过控制界面氧化物的形貌及分布，提高界面结合强度、降低制坯成本，组坯前，将待复合的基层材料和覆层材料进行表面处理，通过控制表面粗糙度，在待复合表面形成一层均匀、弥散的游离态金属，使加热过程中形成的金属氧化物均匀、弥散；将基层材料和覆层材料组坯，四周封焊，并在坯料的末端留下排气口；将坯料加热、保温，然后进行热轧复合，使复合轧制过程的压缩比不小于最小临界压缩比，借助复合界面的延展，降低单位面积上的金属间夹杂物的数量。该方法成本低，复合效果好，质量稳定。

Description

低成本非真空金属层状复合材料制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法。
背景技术
异质金属层状复合材料是兼具基层材料和覆层材料性能及成本优势的新型层状复合材料，广泛应用于能源、交通、海洋以及航空航天领域。热轧复合法是制备钢/不锈钢、钛/钢、钛/不锈钢、耐蚀合金/钢等大规格异质金属层状复合材料的主要方法。为了避免热轧过程中不同金属间的空气与金属间发生氧化反应，形成夹杂物降低金属间的结合强度，日本JFE首先采用真空电子束焊接与热轧相结合的方法，制备出高品质异质金属复合材料。此后，国内企业也相继采用真空电子束焊接生产异质金属复合材料。由于真空电子束焊接需要借助巨大的真空室降低层状金属间的真空度，因此生产成本高昂，平均吨钢制坯成本高达2000元/吨。
为降低上述真空成本，部分中小企业采用钎焊法制备异质金属复合材料，虽然节约了真空成本，但钎焊料依然价格较贵，而且产品质量不稳定。此外，也有企业采用非真空组坯，组坯后再用机械泵及分子泵抽真空的方式实现真空轧制，使层状金属复合材料的制备成本有所降低，但生产效率较低，金属间结合强度不稳定。在这种背景下，开发低成本的层状金属复合材料制备方法，提升非真空轧制制备异质金属复合材料的产品质量，就成为新型金属层状复合材料推广和应用的前提和基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法，该方法成本低，复合效果好，质量稳定。
本发明所采用的技术方案是：
一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法，通过控制界面氧化物的形貌及分布，提高界面结合强度、降低制坯成本，包括步骤，
S1、组坯前，将待复合的基层材料和覆层材料进行表面处理，通过控制表面粗糙度，在待复合表面形成一层均匀、弥散的游离态金属，使加热过程中形成的金属氧化物均匀、弥散；
S2、将基层材料和覆层材料组坯，四周封焊，并在坯料的末端留下排气口；
S3、将坯料加热、保温，然后进行热轧复合，使复合轧制过程的压缩比不小于最小临界压缩比，借助复合界面的延展，降低单位面积上的金属间夹杂物的数量。
在步骤S1中，表面处理方法为机械加工处理，处理后复合界面的表面粗糙度Ra不大于6.3。
在步骤S3中，复合轧制过程的压缩比不小于50％。
进一步地，基层材料包括钢、不锈钢。
进一步地，覆层材料包括钛、耐蚀合金、不锈钢。
本发明的有益效果是：
该方法没有采用真空和钎焊，成本低，通过控制待复合表面的表面粗糙度和增加复合轧制过程的压缩比提高复合效果，复合效果好，质量稳定。
附图说明
图1表示机械加工后不同粗糙度的金属表面，其中(a)表示高粗糙度表面，(b)表示低粗糙度表面。
图2表示机械加工后氧在不同粗糙度的金属表面的分布，其中(a)表示高粗糙度表面氧元素存在偏聚，(b)表示低粗糙度表面氧元素均匀、弥散。
图3表示不同粗糙度金属复合后的结合界面，其中(a1)表示高粗糙度表面(40μm)，(a1)表示高粗糙度表面(100μm)，(b1)表示低粗糙度表面(40μm)，(b1)表示低粗糙度表面(100μm)。
图4是案例1中的结合强度曲线图。
图5是案例1中界面断裂位置位于碳钢侧的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法，通过控制界面氧化物的形貌及分布，提高界面结合强度、降低制坯成本，包括步骤，
S1、组坯前，将待复合的基层材料和覆层材料进行表面处理(在本实施例中，表面处理方法为机械加工处理，处理后复合界面的表面粗糙度Ra不大于6.3)，通过控制表面粗糙度，在待复合表面形成一层均匀、弥散的游离态金属，使加热过程中形成的金属氧化物均匀、弥散；
S2、将基层材料和覆层材料组坯，四周封焊，并在坯料的末端留下排气口；
S3、将坯料加热、保温，然后进行热轧复合，使复合轧制过程的压缩比不小于最小临界压缩比(在本实施例中，复合轧制过程的压缩比不小于50％)，借助复合界面的延展，降低单位面积上的金属间夹杂物的数量。
基层材料可以为钢、不锈钢或其它合金材料。
覆层材料可以为钛、耐蚀合金、不锈钢或其它合金材料。
案例1：不锈钢304与Q235复合，表面粗糙度3.2，其结合强度如表1及图4.当压缩比达47％时，界面结合强度达399MPa，高于同样材料采用真空制坯的所达到的结合强度393MPa。其界面断裂位置位于碳钢侧，如图5所示。
表1不锈钢复合板的剪切强度(MPa)
Table 1Shear strength of the stainless steel clad plate(MPa)
该方法没有采用真空和钎焊，如图1至图3所示，通过控制待复合表面的表面粗糙度和增加复合轧制过程的压缩比提高复合效果，成本低，复合效果好，质量稳定。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种低成本非真空金属层状复合材料制备方法，其特征在于：通过控制界面氧化物的形貌及分布，提高界面结合强度、降低制坯成本，包括步骤，
S1、组坯前，将待复合的基层材料和覆层材料进行表面处理，通过控制表面粗糙度，在待复合表面形成一层均匀、弥散的游离态金属，使加热过程中形成的金属氧化物均匀、弥散；
S2、将基层材料和覆层材料组坯，四周封焊，并在坯料的末端留下排气口；
S3、将坯料加热、保温，然后进行热轧复合，使复合轧制过程的压缩比不小于最小临界压缩比，借助复合界面的延展，降低单位面积上的金属间夹杂物的数量。
2.如权利要求1所述的低成本非真空金属层状复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S1中，表面处理方法为机械加工处理，处理后复合界面的表面粗糙度Ra不大于6.3。
3.如权利要求1所述的低成本非真空金属层状复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，复合轧制过程的压缩比不小于50％。
4.如权利要求1所述的低成本非真空金属层状复合材料制备方法，其特征在于：基层材料包括钢、不锈钢。
5.如权利要求1所述的低成本非真空金属层状复合材料制备方法，其特征在于：覆层材料包括钛、耐蚀合金、不锈钢。
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