本发明涉及金属层叠领域，具体而言，涉及一种含钛金属层叠材料及制备方法。
背景技术：
焊接也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接通过下列三种途径达成接合的目的：(1)熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助；(2)压焊——焊接过程必须对焊件施加压力；(3)钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。
已经存在结合金属以实现复合材料或层叠制品许多常规技术。一种技术是锻焊(forgewelding)，这是用于制造复合钢的方法，其中两种类型的钢在开放的气氛中结合在一起，以产生复合材料产品。为了实现这样的复合材料，钢板或钢层被加热到高温，并用足够的压力压在一起，以使板以形成分子结合。锻焊相对于结合的金属的其他方法的优点之一是，该结合不使用附加金属就可以实现。这可以与电弧焊接形成对比。焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。电弧焊接为，被结合金属相容的金属电极通过电流来加热，熔化并成为焊接接头的一部分。这改变了在接头处的金属的化学组成。物理特性、以及结合部分的外观也发生了改变。这在某些情况下是不能接受的。一个合适的锻焊接头应当是极为牢固的同时保留部件的所有的物理特性，以及呈现有完好(有时不可见)的结合。
这种类型的锻焊的已采用了许多年，并在工业上也被称为图案的焊接。这种技术的另一个常见术语大马士革锻造(damascenedforging)，用这种技术制造钢被称为大马士革钢。从大马士革钢制成刀片已被使用了许多年，并对于装饰和艺术品质非常具有价值。
大马士革钢或锻焊钢的优点之一是使用这种技术制成的刀片具有各构成成分的优点。大马士革钢采用的是锻造工艺制成，一般采用的是互补的钢材在一起锻造而成的。这样软硬材料层叠在一起锻造出的钢材既具有韧性也拥有极强的硬度。而一般钢材的单一性则会造成韧性和硬度不能同时兼顾的局面。目前尚不完全明白各个合金的特性如何赋予这样的复合材料，当相同的成分和相同比例的双组分合金的组合组成的单一合金通常不具有特性的组合。然而，这种现象已经知道，铁匠大师开发了数百年。
但是，用于制造大马士革钢的技术仅对非常有限钢产品有效。仅具有非常高的加工性和低合金含量的钢能够使用这种工艺加工。
目前制刀业仅限于装饰复合材料的非合金或合金碳钢。这意味着这些部件或材料容易腐蚀，并且会使最终产品添加显著重量。已尝试其他金属锻焊，没有良好的效果。例如，努力实现可靠的锻焊钛或钛合金的层叠板已经普遍不成功的。
为了锻焊其他钢合金材料，已经尝试不同的技术。参见例如美国专利号5815790。该专利描述了两种不锈钢材料(其中至少一种粉末形式)等静压放置加热到高温的技术。用粉末形式的金属加工是困难和昂贵的。
热等静压(hotisostaticpressing，简称hip)工艺是将金属粉末放置到密闭的容器中，向金属粉末施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，金属粉末得以烧结和致密化。
热等静压成型或热等静压(hip)技术主要用于由金属粉末(包括钢，铝，和钛的粉末)形成部件。hip需要插入其中要被处理的材料的圆柱形压力容器。该容器的内部(和材料)被加热到较高的温度，并且容器的气氛被加压到足以压实粉末金属成固体形式的压力。hip工艺需要昂贵的机械，并具有由其制成的部件的尺寸限制，因为能够承受巨大压力的压力容器对于该工艺是必需。该容器必须与工艺的热在内部绝缘，以防止极端温度在压力下削弱容器的壁。随着容器的尺寸线性增加，所要求的容器壁的厚度和强度成指数增加。这对可以生产部件的最大尺寸产生实际限制。目前，最大工作尺寸的直径在四英尺量级。因此，随着尺寸的增大，拥有和操作这种装置的成本也增加。另外，在压力容器内的材料不能被处理或以任何方式操控，直到程序完成。这些问题，单独或组合，使得使用hip对于小零件昂贵和复杂，对于大型部件是不可能的。
为了制造钛合金层叠复合材料，美国专利us6857558b2采用包封腔室或壳体，含钛第一金属层和含钛第二金属层交错放置在壳体中，用惰性气体填充壳体，加热壳体以及含钛第一金属层和含钛第二金属层，用力机械压制壳体以使第一金属件和第二金属件锻焊在一起。
us6857558b2的方法能够制造出钛合金层叠复合材料，但存在明显的缺陷：加工前需要另外制造包封腔室或壳体；施加机械压力时钛合金层与壳体一起压制，使得壳体变形或损坏，加工后的壳体难以重复利用，这造成了极大浪费；壳体需要针对每次加工原料和成品的形状和尺寸进行特异性确定，缺乏通用性；需要抽真空或惰性气体填充壳体，对壳体密封性要求很高，增加了工艺难度和复杂性；所制造的合金层叠复合材料的尺寸受壳体的限制。该方法的工艺方案使得us6857558b2的方法难以大规模生产钛合金层叠复合材料，成本较高，仅能小规模生产尺寸较小的钛合金层叠复合材料。
因此，需要开发一种成本低、工艺简单、适合大规模生产钛合金层叠复合材料的方法。
有鉴于此，特提出本发明。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种制备钛合金层叠制品或钛合金层叠复合材料的方法，所述的方法具有成本低、工艺简单、适合大规模生产等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案。
本发明涉及一种制备钛合金层叠制品或钛合金层叠复合材料的方法，包括：
(a)将第一金属件和第二金属件层叠设置，第一金属件和第二金属件均含钛；
(b)将第一金属件和第二金属件之间的接触面的边缘焊接在一起；
(c)加热第一金属件和第二金属件，以及
(d)压制或锻打第一金属件和第二金属件以使第一金属件和第二金属件锻焊在一起。
优选地，步骤(b)中，在真空条件下进行焊接。
优选地，步骤(b)中，在惰性气体气氛下进行焊接。
优选地，步骤(b)中，在大气的氛下进行焊接。
优选地，在步骤(b)焊接之前，机械压制第一金属件和第二金属件使得二者紧密接触。
优选地，第一金属件和第二金属件之间的表面为平整或光滑表面。
优选地，第一金属件和第二金属件为含钛金属板或含钛金属片。
优选地，第一金属件是第一多个金属件中的一个，第二金属件是第二多个金属件中的一个，设置步骤包括第一多个金属件和第二多个金属件彼此交错设置。
本发明涉及一种制备金属层叠材料的方法，包括以下步骤：
(a)层叠设置包括第一多个金属件和第二多个金属件的至少两种金属件，使得所述第一多个金属件中的每一个与所述第二多个金属件中的每一个相邻和交错，其中所述第一多个金属件和第二多个金属件均由含钛金属形成且化学组成不同；
(b)将所述第一多个金属件和所述第二多个金属件中相邻的金属件之间接触面的边缘焊接在一起；
(c)将所述第一多个金属件和所述第二多个金属件加热至1500℃以上的温度；和
(d)用力将所述第一多个金属件和所述第二多个金属件压制在一起，使得在相邻金属件之间形成结合，形成单块金属坯料。
优选地，本发明的方法还包括以与所述第一多个金属件和所述第二多个金属件相邻和交错的方式来设置第三多个金属件的步骤，其中所述第三多个金属件由含钛金属形成且化学组成与所述第一多个金属件和所述第二多个金属件不同。
第一金属件和第二金属件，或第一和第二多个金属件彼此冶金相异(metallurgicallydissimilar)。
优选地，第一金属和第二金属(或第一和第二多个金属)各自独立地选自以下钛或钛合金：
ta1：工业纯钛；
ta2：工业纯钛；
ta3：工业纯钛；
ta7：ti-5al-2.5sn；
ta10：ti-0.3mo-0.8ni；
ta15：ti-6.5al-1.5zr-1mo-1v；
ta16：ti-2al-2.5zr；
ta17：ti-4al-2v；
ta18：ti-3al-2.5v；
ta19：ti-6al-2sn-4zr-2mo-0.1si；
tb2：ti-5mo-5v-8cr-3al；
tb5：ti-15v-3cr-3sn-3al；
tb6：ti-10v-2fe-3al；
tb10：ti-5mo-5v-2cr-3al；
tc1：ti-2al-1.5mn；
tc2：ti-4al-1.5mn；
tc3：ti-5al-4v；
tc4：ti-6al-4v；
tc6：ti-6al-1.5cr-2.5mo-0.5fe-0.3si；
tc7：ti-6al-0.6cr-0.4fe-0.4si-0.01b；
tc9：ti-6.5al-3.5mo-2.5sn-0.3si；
tc10：ti-6al-6v-2sn-0.5cu-0.5fe；
tc11：ti-6al-3.5mo-1.5zr-0.3si；
tc21：ti-6al-2sn-2zr-3mo-1.5cr-2nb-0.1si。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)工艺简单，锻焊时不需要压制包封壳体；
(2)可以制造各种尺寸的金属层叠制品，尤其是大尺寸金属层叠制品；
(3)工艺过程灵活，可以在各种气氛下进行，尤其是可以在大气气氛下进行密封焊接、锻焊。
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，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为根据本发明的第一实施方式的金属件的层叠设置立体视图。
图2a为用于压制层叠体的一种实施方式。
图2b为用于压制层叠体的另一种实施方式。
图3为所制备的层叠材料的坯料的立体视图。
图4为展平坯料的立体视图。
图5为根据本发明的第二实施方式的层叠设置的正视图，其中两种不同组成的金属件的矩形棒以人字形图案堆叠。
图6为根据本发明的第三实施方式的层叠设置的正视图，其中多种金属规则堆叠。
图7为根据本发明的第四实施方式的层叠设置的正视图。
图8为根据本发明的第五实施方式的层叠设置的正视图。
图9a为在第一方向a压制层叠体的视图。
图9b为在第二方向b压制层叠体的视图。
附图标号：
10：层叠体12：层叠体上表面
14：第一金属件16：第二金属件
18：接触面的边缘19：层叠体下表面
22：第一压模(die)24：第二压模
26：高压液压机28：台座
30：坯料32：坯料上表面
34：第一金属件36：第二金属件
38：界线50：层叠体
54：第一金属件56：第二金属件
60：层叠体62：第一金属件
64：第二金属件66：第三金属件
68：第四金属件69：第五金属件
70：层叠体74：第一金属件
76：第二金属件80：层叠体
84：第一金属件86：第二金属件
88：第三金属件
具体实施方式
本发明提供一种制备钛合金层叠制品(或钛合金层叠复合材料或钛合金层压复合材料)的方法，包括以下步骤：
(a)将第一金属件和第二金属件层叠设置，第一金属件和第二金属件均含钛；
(b)将第一金属件和第二金属件之间接触面的边缘焊接在一起；
(c)加热第一金属件和第二金属件，以及
(d)压制或锻打第一金属件和第二金属件以使第一金属件和第二金属件锻焊在一起。
优选地，第一金属件为第一多个金属件中的之一，并且第二金属件是第二多个金属件中的之一，并且其中所述设置步骤包括彼此交错第一和第二多个金属件。
优选地，第一和第二多个金属件彼此冶金相异。
优选地，在真空条件下或惰性气体气氛下进行密封焊接。在另一种实施方式中，在大气的氛下进行密封焊接。
优选地，在焊接之前，机械压制第一金属件和第二金属件使得二者紧密接触。
优选地，第一金属件和第二金属件之间的表面为平整或光滑表面。
优选地，第一金属件和第二金属件为含钛金属板或含钛金属片。
本发明提供一种制备钛合金层叠制品或钛合金层叠复合材料的方法，包括以下步骤：
(a)以规则配置来设置第一多个金属件和第二多个金属件，使得第一多个金属件中的每一个与第二多个金属件中的每一个是相邻和交错，其中所述第一多个金属件中的每一个的由含钛金属第一组合物形成，并且其中所述第二多个金属件中的每一个由与所述第一组合物不同的含钛金属第二组合物形成；
(b)将相邻第一多个金属件和第二多个金属件之间接触面的边缘焊接在一起；
(c)将第一多个金属件和第二多个金属件加热至1500℃以上的温度；和
(d)用力将第一多个金属件和第二多个金属件压制在一起，使得在相邻金属件之间形成结合，形成单块金属坯料。
优选地，还包括以与第一和第二多个金属件相邻和交错的规则配置来设置第三多个金属件的步骤，其中各个所述第三多个金属件由与所述第一和第二组合物不同的含钛金属第三组合物形成。
优选地，第一多个金属件和第二多个金属件中的每一个均是平板形式，并且其中所述设置步骤包括形成第一多个金属件和第二多个金属件的交替堆叠。
优选地，压制步骤包括在第一方向(第一轴线)压制第一和第二多个金属件和第二方向(第二轴线)压制第一和第二多个金属件。
优选地，压制步骤是机械压制。
优选地，进一步包括：重复压制步骤。
优选地，重复所述压制步骤包括使坯料经过其间距小于坯料厚度的辊子之间。
优选地，进一步包括：根据一个选定的图案塑形坯料的第一表面。
优选地，进一步包括：除去坯料的厚度的一部分，包括第一表面。
优选地，处理该坯料以诱导所述第一多个金属件得到第一外观，第二多个金属件得到第二外观。
优选地，处理步骤包括：以选定电压阳极氧化坯料。
优选地，处理步骤包括在选定的温度氧化该坯料。
本发明还涉及一种制备金属层叠材料的方法，包括：
(a)将多个金属件组织成选定以产生美观的结果的设置体；
(b)焊接多个金属件之间的接触面的边缘；
(c)加热的设置体；和
(d)用足够的压力下压制设置体以使各个所述多个金属件结合至所述多个金属件中与其紧密邻接的那些金属件。
优选地，多个金属件的第一部分由具有与所述多个金属件的第二部分不同化学组成的金属形成，并且其中所述多个金属件的第一部分中的每一个均由含有钛金属形成。
优选地，步骤(b)中的焊接为密封焊接。将第一金属件和第二金属件之间的接触面的边缘密封焊接在一起使得第一金属件和第二金属件之间的接触面或空间与外界气密隔绝。
图1为根据本发明的第一实施方式的金属件的层叠设置立体视图。如图1所示，第一金属件(或第一金属板或第一金属层)14、第二金属件(或第二金属板或第二金属层)16交替层叠设置。将含钛第一金属件14和含钛第二金属件16之间的接触面的边缘18密封焊接在一起使得含钛第一金属件14和含钛第二金属件16之间的接触面或空间与外界气密隔绝，形成层叠体10。
第一金属件14和第二金属件16(或第一多个金属件14和第二多个金属件16)彼此冶金相异(metallurgicallydissimilar)。第一金属件14和第二金属件16化学组成不同。根据一种实施方式，金属件所使用的材料为各种材料和组成的钛或钛合金。金属件中的一种可以是纯钛，例如商业级纯钛。例如，纯钛可以是在本领域称为cp1级钛的纯钛。如图1所示，第一金属件14可以是浅色金属，例如纯钛。在作为第一金属件14的浅色金属例如纯钛层之间，可以是作为第二金属件16的钛合金层。钛合金可以是在工艺中与纯钛结合相容的任何钛合金。一种钛合金的实例为ti-6al-4v(又成为tc4)，其含义为6％铝和4％钒，其余为钛。其他钛合金包括不限于ta7、ta10、ta15、ta16、ta17、ta18、ta19、tb2、tb5、tb6、tb10、tc1、tc2、tc3、tc4、tc6、tc7、tc9、tc10、tc11、tc21；以及钛合金与铝、钒、铬、镍、锌和其他金属的各种组合。可替换地，其他金属可以替换纯钛，使得两种不同的合金结合。在本发明进一步的实施方式中，多于两种不同金属堆叠以结合在一起。
优选地，本发明的金属件或金属层，例如第一金属和第二金属(或第一和第二多个金属)，各自独立地选自以下钛或钛合金：
ta1：工业纯钛；
ta2：工业纯钛；
ta3：工业纯钛；
ta7：ti-5al-2.5sn；
ta10：ti-0.3mo-0.8ni；
ta15：ti-6.5al-1.5zr-1mo-1v；
ta16：ti-2al-2.5zr；
ta17：ti-4al-2v；
ta18：ti-3al-2.5v；
ta19：ti-6al-2sn-4zr-2mo-0.1si；
tb2：ti-5mo-5v-8cr-3al；
tb5：ti-15v-3cr-3sn-3al；
tb6：ti-10v-2fe-3al；
tb10：ti-5mo-5v-2cr-3al；
tc1：ti-2al-1.5mn；
tc2：ti-4al-1.5mn；
tc3：ti-5al-4v；
tc4：ti-6al-4v；
tc6：ti-6al-1.5cr-2.5mo-0.5fe-0.3si；
tc7：ti-6al-0.6cr-0.4fe-0.4si-0.01b；
tc9：ti-6.5al-3.5mo-2.5sn-0.3si；
tc10：ti-6al-6v-2sn-0.5cu-0.5fe；
tc11：ti-6al-3.5mo-1.5zr-0.3si；
tc21：ti-6al-2sn-2zr-3mo-1.5cr-2nb-0.1si。
根据本发明的一种实施方式，可以清洁和清洗钛或钛合金金属件(或金属板)，以去除所有表面氧化层和杂质。清洁可以用任何合适的方式进行，例如机械清洁、洗涤、或化学浴。清洁可以选择成足以去除任何氧化物层、氮化物层或任何由污垢或与空气反应所产生的其他杂质，以暴露纯金属。在清洁和清洗后，金属件或金属板14、16之间的接触面的边缘18密封焊接在一起。
密封焊接可以在大气气氛下进行。考虑到在高温下，氧化钛和氧气可能会对工艺有影响，可以在真空或惰性气体条件下进行相关步骤。例如，在一种优选的实施方式中，为了进一步防止空气对金属的氧化，优选地，在真空条件下进行密封焊接。采用真空密封焊接，一方面，在密封焊接时可以防止金属氧化；另一方面，含钛第一金属件14和含钛第二金属件16之间的接触面的边缘18密封焊接在一起之后，接触面与外界气密隔绝，金属件之间无反应性气体如氧气，可以防止在加热步骤以及锻焊步骤中高温下氧气对工艺的影响。
在另一种实施方式中，在惰性气体的气氛下进行密封焊接。优选的惰性气体是氩气。当然，也可以采用其他惰性气体。惰性气体保护密封焊接，具有与真空密封焊接类似的作用和效果。
真空或惰性气氛只是防止氧化金属的优选实施方案，本发明人发现，密封焊接和/或压制完全可以在大气气氛下进行。一方面，本发明人发现，由于金属件之间紧密接触或距离很近，氧气的影响有限，即使不密封焊接，与外界空气交换仍然很困难。另一方面，金属件密封焊接在一起之后，接触面与外界气密隔绝，密封空间内氧气很少，影响不大。根据本发明的一种实施方式，本发明的方法不包括抽真空步骤。根据本发明的一种实施方式，本发明的方法不包括用惰性气体替换空气的步骤。
边缘18的密封焊接可以采用本领域已知方式进行。例如，密封焊接可以采用气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等焊接技术进行。当采用电弧焊接时，优选采用纯钛或钛合金作为焊材。使用与金属件(或金属板)之一相同材料的焊材进行。例如，当金属件包括纯钛和钛合金时，焊材可以采用纯钛或者钛合金。焊材也可以与层叠体中的金属材料成分均不同。焊接可以是氩弧焊接。步骤(b)在大气的氛下进行，是指整个金属件暴露于大气环境，但局部的正在焊接的部位可以局部惰性气体保护。
可以采用合适的方式使金属件(或金属板)之间紧密接触。优选地，第一金属件14和第二金属件16之间的表面为平整或光滑表面。在一种优选实施方式中，机械压制层叠体10，使得金属件之间紧密接触。尤其当金属件之间的接触面不平整时，优选机械压制层叠体。优选地，机械压制层叠体10在密封焊接之前进行。
金属件可以为板状或片状形式。优选地，第一金属件14和第二金属件16为含钛金属板或含钛金属片。
优选地，如图1所示，第一金属件14是第一多个金属件中的一个，第二金属件16是第二多个金属件中的一个，设置步骤包括第一多个金属件和第二多个金属件彼此交错设置。
在边缘密封焊接之后，层叠体10放置在炉中加热至预定温度。优选地，步骤(c)中，加热到1500℃以上的温度。在纯钛或钛合金的情况下，优选地，温度可以为1500-1800℃，优选1600～1700℃，更优选1600～1700℃，例如1650℃。温度可以选择成使各金属件结合成单个层叠体的足够高的温度，而并没有高到使纯钛或钛合金变成液体或太软而无法在层压工艺期间保持稳固形状。温度可以选择为足够高以促进金属件彼此结合而形成单块层叠件，而各金属件不失去其个体特性，例如颜色、位置等。
层叠体10在炉内达到稳定温度后，从炉内移出。然后施加压力以使第一金属件(或第一金属板或第一金属层)14、第二金属件(或第二金属板或第二金属层)16彼此结合，形成层叠金属板的单块坯料。
如图2a所示，在一种实施方式中，使用高压液压机26来向层叠体10施加力。高压液压机26装配有第一压模22，台座28上放置有第二压模24，力施加到包括第一金属件14、第二金属件16的层叠体10上。可以施加足够的力以使层叠体10稍变形。例如，优选可以用足够的力压制使层叠体10的总厚度减少0.3～2cm，更优选0.5～1cm。优选地，高压液压机26施加的力范围在3吨至20吨，优选5至18吨，更优选7至13吨。当然，力可以通过其他合适的技术施加。例如，也可使用钢辊、冲击锤、用手工锤击，或施加足够的力以使第一金属件14、第二金属件16结合的一些其它技术。这也可能导致层叠体10的侧面凸出，在中间部分的一些金属件变得比初始宽度稍宽，例如宽1～6cm，优选2～4cm。
图2b示出了第一压模22、第二压模24的形状的另一种实施方式。在该实施方式中，第一压模22、第二压模24并不是与层叠体10的上表面12和下表面19的形状匹配的平坦压模，而是具有的表面积小于层叠体10的上表面12和下表面19面积的方形压模。在其他实施方式中，第一压模22、第二压模24可以是球形、圆锥形、半圆形、或其他形状。在一些实施方式中，当用于施加压力的压模的表面积小于层叠体10的各表面12、19的表面积时，压力重复施加到层叠体10，在层叠体10的整个表面进行，使得层叠体10整个上表面12和下表面19都经受必要的压力以将第一金属件14、第二金属件16结合在一起。
在一些实施方式中，层叠体10可以再次放入炉中并再次加热和重复加压步骤。重复加压步骤可以将力施加到层叠体10上表面12和下表面19，也可以将力施加到层叠体10的侧面，如图9b所示。
现在，层叠体已经结合成单个金属坯料形式。如图3所示，通过加热和加压步骤，获得了由第一金属件(第一金属层)34和第二金属件(第一金属层)36组成的单块金属件。第一金属件14和第二金属件16现在已经完全结合，进一步的处理是对具有上表面32的一体的金属坯料30。为了更清楚，在图1中第一金属件14和第二金属件16在图3至图4中用第一金属件34(第一金属层)和第二金属件(第一金属层)36表示。应当理解，坯料30中的各个第一金属件34和第二金属件36将保留原第一金属件14和第二金属件16的外观和特性。换句话说，坯料30中的各个金属件(金属层)将保留形成金属件(金属层)的特定金属或合金板的外观和特性。坯料30中的各个第一金属件34和第二金属件36结合在一起在它们之间形成边界38。
如图4所示，坯料30可以进一步通过轧制、压制、或其他技术进一步塑形，以将其展平或塑形成所需形状。展平或塑形可以是冷轧或冷展平。也可以采用其他金属加工技术以实现坯料的最终形状，例如在砧座用锤子敲打、压制、热轧或其他技术。
坯料30的上表面32可以进一步加工成所需的图案。使用具有所需图案的压模将图形压印到最终坯料的上表面32(例如可以采用us2003162050a1的第[0047]段所述的方式)。例如，三角形轮廓被压入最终坯料30，之后加工以除去上表面并暴露基于已经被压制在其中的图案的装饰表面。其他轮廓可被压入最终的坯料，包括方形、圆形或椭圆形轮廓。合适的图像被压制在其中之后，处理坯料以露出下面的层，如通过研磨、切割、或其它机器加工技术(例如us2003162050a1的第[0047]段所述的方式)。
压入坯料的形状可具有任何所需的设计，如符号或标志(例如，us2003162050a1的第[0048]段所述的方式)。
坯料经适当塑形和根据希望的美学或艺术处理装饰后，它可通过其它的艺术技术来处理。例如，它可以在不同的电压阳极化，以提供所需的颜色图案、色调或其他效果。此外，在适当温度加热，例如1000℃，使钛具有彩虹外观。在较高温度下处理会导致它有些变暗，较低温度下处理产生较浅的不同的图案。
在氧的存在加热能够使钛氧化。在任何给定温度，钛的不同合金氧化程度大小决于存在的其他金属，并且取决于合金中的钛总百分比。因此，为了美观，通过在开放空气中加热坯料，钛和其各种合金制成的层的暴露部分与空气中氧反应产生对比色和色调。
使用其它处理，如加热同时施加压力、加热或不加热条件下扭曲、拉伸、压缩或其他技术，可以赋予坯料所需的艺术图案。这些技术可以在各阶段的用于坯料，以产生不同的效果。例如，可以用于图3的坯料、图4的塑形坯料。当然，在一些实施方式中，图4的展平坯料30用合适的热处理已经具有所需外观，不需要形成附加的图案；而在另一种实施方式中，机器加工坯料30以产生最终产品的艺术图案而无需进一步处理。例如，作为刀柄或首饰的形状的一部分的锥面和斜面将自然暴露具有美观和吸引人图案的层。
最终金属件可以具有基于各种合金的颜色和所选图案的设计以及压印或形成到其中的图案。其可以用于生产各种各样的最终产品。例如其可以用于制作刀柄。其可以用于首饰，如戒指、项链、吊坠、别针，或其它装饰性金属饰件。其可被用作一个功能性金属部件，也可作为装饰品，例如摩托车的部件，如手柄，排气管，或其它装饰性金属制品。
本发明已参照平板或层状金属件进行了详细描述，如图1至图4所示。应当理解，也可以采用材料的其他形状和设置。非常简单的锻焊可以仅用两片金属进行。复杂图案可以使用不同形状和类型的金属产生。图5至图8示出了许多其他层叠配置。
图5为根据本发明的第二实施方式的层叠设置的正视图，其中两种不同组成的金属件的矩形棒以人字形图案堆叠。如图5所示，两种不同组成的第一金属件54、第二金属件56的矩形棒以人字形图案堆叠，形成层叠体50。对于这些金属来说彼此量相同和位置交替是没有必要的。相同类型的金属能够具有比其他金属更好的质量，或者两种相同类型的金属可以彼此相邻。例如，按重量计，一种类型的金属25％，而另一种金属85％。
图6为根据本发明的第三实施方式的层叠设置的正视图，其中多种金属规则堆叠。如图6所示，具有不同形状和组成的多种含钛金属件(第一金属件62、第二金属件64、第三金属件66、第四金属件68、第五金属件69)规则堆叠，形成层叠体60。
图7为根据本发明的第四实施方式的层叠设置的正视图。如图7所示，两种不同组成的含钛金属件第一金属件74、第二金属件76的方形棒以棋盘图案堆叠，形成层叠体70。
图8为根据本发明的第五实施方式的层叠设置的正视图。如图8所示，三种不同组成的含钛金属件第一金属件84、第二金属件86、第三金属件88(金属板)以地板拼接图案交错设置，形成层叠体80。
如图5至图8所示，多种不同金属可以规则堆叠，以便使用本发明的锻焊技术实现所希望的图案。存在许多设置，数目几乎是无限的，各个设置会在最终产品组合产生独特图案。
图5至图8中所示的实施方式，可以如第一实施方式中那样，金属件之间接触面的边缘密封焊接在一起使得金属件之间的接触面或空间与外界气密隔绝，然后如上所述进行进一步加工。图5至图8中所示的实施方式金属件(或金属板)的化学组成可以是第一实施方式中所列举的那些，为了简要，在此不再赘述。
在图5至图8所示层叠配置中，由于每层具有多个金属件，层中的金属件侧面接触。在这种情况下，优选同时在垂直于层叠体上表面方向上(如图9a中所示箭头a所示第一方向)和垂直于层叠体侧面方向进行压制(如图9b中所示箭头b所示第二方向)。图9a为在第一方向压制层叠体的视图，箭头a所示第一方向。图9b为在第二方向压制层叠体的视图，箭头b所示第二方向。如图9b所示，层叠体旋转90度，然后用施加压力，例如用液压机。
本发明的另一个方面提供一种金属层叠制品或金属层叠材料，包括第一多个含钛第一金属层，第二多个含钛第二金属层，第一金属具有的化学组成与第二金属的化学组成不同，第一多个层和第二多个层彼此交错，并层叠制品中的每一层均与其邻接层的锻焊结合。
本发明制成的金属材料具有重量轻、坚硬和用途广的优点。本发明的金属材料可以用于钛单独使用的应用，因为其具有钛或钛合金类似的性能、特性和硬度。本发明的金属材料可以用于需要高强度、轻质金属的各种应用。例如，本发明的金属可以用于自行车、摩托车、汽车、赛车、飞机、航天器、轮船中作为结构部件。
除了装饰性和艺术性外观之外，本发明的金属还可以用于工业应用。已知锻焊复合材料可以同时具有各单独成分部分的有利特性。同样地，各种钛合金具有不同的优点。例如，第一合金具有比纯钛或其它钛合金更大的柔韧性，第二合金具有比纯钛或其它钛合金更大的硬度。本发明实验表明，本发明的锻焊复合材料中各钛合金的组合赋予最终产品其各自特性。因此，由本发明的锻焊复合材料制成的部件能够获得强度、硬度、柔韧性以及其他所需特性的组合特性。
例如，对于在飞机机翼的特定部件，选择具有柔韧性特性的合金。然而，相同的合金可能不具有足够的拉伸强度，因此该部件必须制备的更大以赋予必须的强度。相反，可以将具有高柔韧性的合金与具有优异强度特性的合金层叠，以制备同时具有两种优点的部件，从而使得部件具有体积小、重量轻的优点。减少体积和重量一直是航空航天工业所追求的。
在优选的实施方式中，钛和钛合金用作在最终坯料30中两种交替的层中。在另一种实施方式中，使用两种或更多种不同的材料或合金。例如，可以使用钛以及两种或更多种不同的合金(例如钛合金)，它们各自具有不同的特性。在进一步的实施方式中，可以使用钛以外的其他金属。优选钛，因为它具有的重量轻、无腐蚀性、和无磁性的性质。可以选择可阳极氧化的金属的组合，以在金属之间产生对比颜色变化，或可以以其他方式进行热处理或硬化以改变结构特性，以及赋予各种图案。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例
实施例1
采用工业纯钛ta1和钛合金tc4(ti-6al-4v)两种金属板，将表面清理干净以去除所有表面氧化层和杂质。如图1所示，将两种金属板交替层叠。液压机上进行预压制，从而使金属板之间紧密接触。
使用氩弧焊接，将两种金属板之间接触面的边缘18密封焊接在一起使得两种金属之间的接触面或空间与外界气密隔绝，形成层叠体10。
层叠体10放入加热炉中，加热到1650℃。
如图2a所示，将加热的层叠体10在100吨液压机上高压压制，压力为4吨。经压制，两种金属板锻焊结合在一起，形成单块坯料。
实施例2至实施例5
采用实施例1相同的步骤进行，只不过金属材料采用表1中所列的材料。
对比例1
钛金属材料、加热温度、以及压力与实施例1相同，只不过采用us6857558b2的工艺抽真空进行压制锻焊。
对比例2
钛金属材料、加热温度、以及压力与实施例2相同，只不过采用us6857558b2的工艺在惰性气体保护下进行压制锻焊。
实施例和对比例层压钛复合材料的复合界面力学性能测试结果列于表1中。
表1性能测试结果
由表中的数据可以看出，采用本发明的方法的实施例所获得的层压钛复合材料均具有优异的复合界面抗拉强度和剪切强度，甚至比对比例还更好。
上述效果是出人意料的，即使本发明没有抽真空，层压钛复合材料复合界面的力学性能仍然非常优异，与抽真空条件下获得层压钛复合材料机械性能相当或更好。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。