CN112828545A - 一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法及其产品 - Google Patents

一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法及其产品 Download PDF

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王呼和
徐俊瑞
闫亮明
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Abstract

本发明公开了一种钛‑纯铝‑7系铝合金复合板的制备方法及其产品，属于金属材料技术领域，所述方法包括：将7系铝合金板置于地基上，之后依次放置纯铝板和钛板，并使纯铝板和7系铝合金板之间、钛板和纯铝板之间留有间隙；在钛板上设置***和引爆装置，点燃引爆装置，完成钛板、纯铝板和7系铝合金板的***复合后，进行热压处理，即得所述钛‑纯铝‑7系铝合金复合板；本发明通过采用纯铝板作为钛板和7系铝合金板的中间层，使得采用***焊接的方式制备复合板的过程中，界面结合处及7系铝合金表面不会产生裂纹；进一步采用热压处理，使得制备得到的钛‑纯铝‑7系铝合金三层复合板具有优越的综合性能，在后期使用过程中不易产生脆裂。

Description

一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法及其产品
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法及其产品。
背景技术
钛铝复合板具有钛板的高强度，铝板的轻量化，具有很高的比强度和耐腐蚀性能，在航空、炊具、化学、舰艇、特殊钎料等领域得到广泛的推广和应用。在钛铝***复合板制造过程中，低强度铝和钛板的复合技术日趋成熟，而将7系高强度铝合金和钛板以***焊接的方式复合时，铝合金侧会产生裂纹，后期结合界面易发生脆裂，严重制约了其推广使用。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种钛-铝-7系铝合金复合板的制备方法及其产品，通过采用纯铝为中间层进行***焊接以及后续热压处理，成功制造了钛-铝-7系铝合金三层复合板，解决了钛合金板以及高强7系铝合金复合板在***焊接过程中产生裂纹以及后期结合界面易发生脆裂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法，包括以下步骤：将7075铝合金板置于地基上，之后依次放置纯铝板和钛板，并使纯铝板和7075铝合金板之间、钛板和纯铝板之间留有间隙；在钛板上设置***和引爆装置，点燃引爆装置，完成钛板、纯铝板和7系铝合金板的***复合后，进行热压处理，即得所述钛-纯铝-7系铝合金复合板。
进一步地，所述纯铝板的厚度与钛板的厚度差为-1～1mm。
进一步地，所述钛板为纯钛板或钛合金板。
进一步地，所述钛板与纯铝板之间的间隙为2～4mm，所述纯铝板与7系铝合金板之间的间隙为5～7mm。
进一步地，所述***爆速为1900～2700m/s。
更进一步地，所述***爆速为2200m/s。
进一步地，所述热压处理的温度为400～500℃，压力为10～30MPa，时间为1～4h。
本发明还提供了一种根据上述所述的制备方法制备得到的钛-纯铝-7075铝合金复合板。
钛板与高强7系铝合金的***焊接会出现硬而脆的Al3Ti相，使结合界面产生微裂纹，同时也会使7系铝合金表面产生裂纹。通过加入中间层纯铝板，减小了形成Al3Ti相的倾向，同时由于载荷分散作用，减小7系铝合金表面裂纹倾向，再通过后续的热压过程使铝和钛元素充分互相扩散，软化结合界面，提高复合板材综合性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用纯铝板作为钛板和7系铝合金板的中间层，使得采用***焊接的方式制备复合板的过程中，界面结合处及7系铝合金表面不会产生裂纹；进一步采用热压处理，使得制备得到的钛-纯铝-7系铝合金三层复合板具有优越的综合性能，在后期使用过程中不易产生脆裂，扩展钛铝复合板的应用范围。
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为实施例1中采用的***焊接装置示意图，其中1-***，2-***，3-纯钛板，4-纯铝板，5-间隙柱，6-7075铝合金板，7-地基。
图2为实施例1中采用的热压炉结构示意图，其中1-压块，2-炉壳，3-耐火材料，4-保温材料，5-垫块，6-上绝热板，7-试样，8-电阻线圈，9-下绝热板。
图3为实施例1制备得到的纯钛-纯铝-7075铝合金复合板的界面形貌图。
图4为对比例1制备得到的纯钛-7075铝合金复合板的界面形貌图。
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。
本发明实施中所采用的7075铝合金所含元素及质量百分比为：Fe：0.50％，Si：0.40％，Cu：1.2-2.0％，Mn：0.3％，Mg：2.1-2.9％，Cr：0.18-0.28％，Zn：5.1-6.1％，Ti：0.20％，Al：余量；
所采用的7475铝合金所含元素及质量百分比为：Si≤0.10％，Fe≤0.12％，Cu：1.2～1.9％，Mn≤0.06％，Mg：1.9～2.6％，Cr：0.18～0.25％，Zn：5.2～6.2％，Ti≤0.06％。
以下不再重复描述。
实施例1
纯钛-纯铝-7075铝合金复合板的制备，包括以下步骤：
(1)利用剪板机将冷轧纯钛板、纯铝板及7075铝合金板裁剪至尺寸为330mm*120mm的矩形，纯钛板尺寸为330mm*120mm*2mm，纯铝板尺寸为330mm*120mm*2mm，7075铝合金板尺寸为330mm*120mm*3mm，随后进行表面打磨，去除轧制氧化皮；
(2)采用硝酸铵、柴油、木粉及少量的花岗岩粉体制备得到密度为0.7Kg/m3的铵油***，测量其爆速为Vd＝2200m/s，根据多层板***焊接方法，纯钛-纯铝之间动态碰撞角度取10°，纯铝-7075铝合金层之间取13°(将三层板***焊接分为两个双金属***焊接过程，第一层为复板纯钛-基板纯铝，根据纯钛-铝板***焊接可焊性窗口(可焊性窗口是一个工艺参数范围，是通过大量现场试验绘制而成)，基复板碰撞角度范围较小在9°-12°，而纯铝和铝合金之间的碰撞角度范围较大在10°-20°，此处分别选取了10°和13°)，据此可利用复板碰撞公式：
Figure BDA0002994664660000041
(其中Vd为***爆速，θ为动态碰撞角度，Vp为碰撞速度)，计算出第一层(纯钛-纯铝)碰撞速度为421m/s，第二层(纯铝-7075铝合金)碰撞速度为498m/s；利用阿述兹公式
Figure BDA0002994664660000042
(其中Vp为碰撞速度，Vd为***爆速，R为***量和复板质量比)计算得出：第一层质量比R1＝Mx1/M纯钛板＝0.32，第二层质量比R2＝Mx2/M纯铝板＝0.45，总质量比R＝(Mx1+Mx2)/(M纯钛板+M纯铝板)＝(R1M纯钛板+R2M纯铝板)/(M纯钛板+M纯铝板)＝0.368，因此，***量Mx＝Mx1+Mx2＝R*(M纯钛板+M纯铝板)；
(3)按照步骤(2)计算的***量(***量根据实际情况也可比计算结果稍多)，利用硬质纸壳材料，制作***药盒，为了达到稳定爆轰效果，将***起爆端板延长50mm；
(4)选用土粒粒度均匀，结合程度紧密的砂土地基；
(5)将步骤(2)制备的铵油***装入步骤(3)制作的***药盒中，***电***，设置纯钛板与纯铝板之间的间隙为3mm，纯铝板与7075铝合金板之间的间隙为6mm，起爆装置如图1所示，其中1-***，2-***，3-纯钛板，4-纯铝板，5-间隙柱，6-7075铝合金板，7-地基：首先将8cm高的砂土地基垒起，把7075铝合金板置于地基上，将预先制作好的6mm间隙柱置于7075铝合金板上，并将纯铝板放在间隙柱上，将3mm间隙柱置于纯铝板上并将纯钛板放置于间隙柱上；将***盒利用双面胶粘在钛板表面，使药盒起爆端长出钛板50mm，将***均匀敷设在***盒中，并用盒尺将药盒表面刮平，将******药盒起爆端中心部位，最后接线起爆；
(6)将步骤(5)***焊接所得的复合板利用压力机进行校直后，将复合板裁剪为100mm*100mm*7mm的试样，将其放入热压炉中进行热压处理，热压炉的结构示意图如图2所示，具体处理步骤如下：
a：将热压炉垫块5放置于压力机工作台面；
b：将热压炉炉体放置在垫块5上(炉体由炉壳2，保温层4，耐火层3，电阻线圈8，上下绝热板6和9组成)；
c：将试样放入炉体中，将压块1和绝热板6连接；
d：加热至400℃，施加30MPa压力，保压并保温1h，取出复合板，去除表面氧化皮，即得所述纯钛-纯铝-7075铝合金复合板。
实施例2
TC4钛合金-纯铝-7075铝合金复合板的制备，步骤同实施例1，区别在于，将步骤(1)中的纯钛板替换为TC4钛合金板，根据多层板***焊接方法，TC4钛合金-纯铝之间动态碰撞角度取12°，纯铝-7075铝合金层之间的动态碰撞角度取14°，利用复板碰撞公式、阿述兹公式计算得出***量，设置TC4钛合金与纯铝的间隙为H1＝2mm，纯铝与7075铝合金间隙为H2＝5mm；步骤(6)d中加热至500℃，施加10MPa压力，保压并保温4h。
实施例3
纯钛-纯铝-7475铝合金复合板的制备，步骤同实施例1，区别在于，将步骤(1)中的7075铝合金板替换为7475铝合金板，根据多层板***焊接方法，纯钛-纯铝之间动态碰撞角度取10°，纯铝-7475铝合金层之间的动态碰撞角度取8°，利用复板碰撞公式、阿述兹公式计算得出***量，设置纯钛板与纯铝板的间隙为H1＝4mm，纯铝与7475铝合金间隙为H2＝7mm；步骤(6)d中加热至450℃，施加20MPa压力，保压并保温2h。
对比例1
纯钛-7075铝合金复合板的制备，包括以下步骤：
(1)利用剪板机将冷轧纯钛板及7075铝合金板裁剪至尺寸为330mm*120mm的矩形，纯钛板尺寸为330mm*120mm*2mm，7075铝合金板尺寸为330mm*120mm*5mm，随后进行表面打磨，去除轧制氧化皮；
(2)采用硝酸铵、柴油、木粉及少量的花岗岩粉体制备得到密度为0.7Kg/m3的铵油***，测量其爆速为Vd＝2200m/s，根据双金属***焊接方法，纯钛-7075铝合金层之间碰撞角度取10°，据此可利用复板碰撞公式、阿述兹公式计算得出***量；
(3)按照步骤(2)计算的***量，利用硬质纸壳材料，制作***药盒，为了达到稳定爆轰效果，将***起爆端板延长50mm；
(4)选用土粒粒度均匀，结合程度紧密的砂土地基；
(5)将步骤(1)制备的铵油***装入步骤(3)制作的***药盒中，***电***，设置纯钛与7075铝合金之间的间隙为6mm，起爆装置如图1所示，首先将8cm高的砂土地基垒起，把7075铝合金板置于地基上，将预先制作好的6mm间隙柱置于7075铝合金板上，并将纯钛板放在间隙柱上；将***盒利用双面胶粘在纯钛板表面，使药盒起爆端长出钛板50mm，将***均匀敷设在***盒中，并用盒尺将药盒表面刮平，将******药盒起爆端中心部位，最后接线起爆；
(6)将步骤(5)***焊接所得的复合板利用压力机进行校直后，将复合板裁剪为100mm*100mm*7mm的试样，将其放入热压炉中进行热压处理，热压炉的结构示意图如图2所示，具体处理步骤如下：
a：将热压炉垫块5放置于压力机工作台面；
b：将热压炉炉体放置在垫块5上(炉体由炉壳2，保温层4，耐火层3，电阻线圈8，上下绝热板6和9组成)；
c：将试样放入炉体中，将压块1和绝热板6连接；
d：加热至400℃，施加30MPa压力，保压并保温1h，取出复合板，去除表面氧化皮，即得所述纯钛-7075铝合金复合板。
对比例2
同实施例1，区别在于，步骤(6)为：将步骤(5)***焊接所得的复合板利用压力机进行校直后，即得所述纯钛-纯铝-7075铝合金复合板。
对比例3
同实施例1，区别在于，步骤(6)d为：加热至400℃，常压下保温1h，取出复合板，去除表面氧化皮，即得所述纯钛-纯铝-7075铝合金复合板。
效果验证
对实施例1～3及对比例1～3***复合后得到的样品的界面形貌及铝合金表面进行观察发现：实施例1～3及对比例2的界面处及铝合金表面无裂纹，对比例1及对比例3的界面处及铝合金表面均产生大量裂纹，图3为实施例1制备得到的纯钛-纯铝-7075铝合金复合板的界面形貌图；图4为对比例1制备得到的纯钛-7075铝合金复合板的界面形貌图。
对实施例1～3及对比例1～3制备得到的复合板进行拉伸性能测试，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002994664660000071
由表1可以看出，实施例1～3制备得到的纯钛-纯铝-7系铝合金复合板具有较强的拉伸强度和较高的延伸率，实施例1制备得到的复合板的延伸率明显高于对比例1～3，使得其在后期使用过程中不易产生脆裂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钛-纯铝-7系铝合金复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将7系铝合金板置于地基上，之后依次放置纯铝板和钛板，并使纯铝板和7系铝合金板之间、钛板和纯铝板之间留有间隙；在钛板上设置***和引爆装置，点燃引爆装置，完成钛板、纯铝板和7系铝合金板的***复合后，进行热压处理，即得所述钛-纯铝-7系铝合金复合板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纯铝板的厚度与钛板的厚度差为-1～1mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛板为纯钛板或钛合金板。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛板与纯铝板之间的间隙为2～4mm，所述纯铝板与7系铝合金板之间的间隙为5～7mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压处理的温度为400～500℃，压力为10～30MPa，时间为1～4h。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的钛-纯铝-7系铝合金复合板。
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