一种制备多组元复合带材的方法与流程

本发明属于复合金属材料轧制技术领域，特别涉及一种制备多组元复合带材的方法。

背景技术：

铝合金与钛合金由于密度低、比强度高，在工程制造领域拥有广泛的用途。钛/铝金属复合带材进行适当的热处理之后，在钛与铝合金界面会形成钛铝金属间化合物。金属-金属间化合物-金属层状结构材料在高吸收冲击冲击能力强、高阻尼减震性能及冲击能量吸收率、隔音降噪等优点。得到科学界和工业界的普遍关注。

随着复合材料的发展，人们发现三元结构材料兼具有很好的强度和韧性，因而得到人们的关注。以前，对于三元金属复合材料一般通过粉末冶金的方式进行制备。然而，采用粉末冶金制备各工序非常复杂，在各组元材料均匀分布等存在很多难以控制的外在因素，因而严重制约了三元金属复合材料的生产效率、以及需要花费相对很高的生产成本。

技术实现要素：

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多组元复合带材的制备方法，利用复合带材轧制和适当热处理工艺，制备得到高质量的超细晶钛(金属)、钛铝金属间化合物颗粒(强化相粒子)、粗晶铝合金的三组元复合带材，并扩展制备铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物颗粒/铝/钛铝金属间化合物/钛/…/钛铝金属间化合物颗粒/铝的多组元复合带材，在微观情况下，该复合材料钛、铝之间以钛铝金属间化合物颗粒为主。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备多组元复合带材的方法，包括如下步骤：

第一步：以钛箔和铝板带材为原料；

第二步：将钛箔和铝板带材加工成完全相同尺寸的片材；

第三步：按照铝板带材/钛箔/铝板带材/钛箔/…/铝板带材进行堆叠，通过点焊将堆叠后材料前端进行焊合；

第四步：将焊合后材料采用锻压机进行压应力除气，将各层界面处的空气排除；

第五步：将除气后材料进行叠轧，第一道次压下率在40％-60％之间，使各层材料得到很好地焊合；

第六步：将材料进行进一步轧制，单道次轧制压下率控制在20％-30％之间；

第七步：将材料取出，重复第六步，直至达到要求的带材厚度，轧件总压下率控制在90％-95％；

第八步：将轧制的复合金属带材进行热处理，得到铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物颗粒/铝/钛铝金属间化合物/钛/…/钛铝金属间化合物颗粒/铝层状复合带材。

所述第一步中，钛箔轧制前的厚度为25-100μm，铝板带材轧制前的厚度为0.1-1mm。

所述第八步中，热处理温度控制在450℃-600℃，热处理时间为18-24小时。

与现有技术相比，本发明利用叠轧的方式制备超细晶金属复合带材，利用热处理工艺控制金属界面的金属间化合物尺寸、分布与形貌。最终获得多组元的层状复合带材：铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物颗粒/铝/钛铝金属间化合物/钛/…/钛铝金属间化合物颗粒/铝。该层状复合带材在航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域具有广阔前景。

附图说明

图1所示为本发明多组元层状复合带材制备流程图。

图2所示为热处理结束后钛层、铝层之间形成的钛铝金属间化合物颗粒的微观结构照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种制备多组元复合带材的方法，包括如下步骤：

第一步：以钛箔1和铝板带材2为原料，钛箔1轧制前的厚度为25-100μm，铝板带材2轧制前的厚度为0.1-1mm。钛箔1为普通商业钛箔，铝板带材2为工业纯铝板带材。

第二步：将金属铝带材和金属钛箔加工成完全相同尺寸的片材。

第三步：按照铝/钛/铝/钛/…/铝进行堆叠得到堆叠片材3作为轧件，通过点焊将轧件前端进行焊合。

第四步：将焊合后的片材4采用锻压机进行除气，将各层界面处的空气排除，得到轧制前片材5。

第五步：将轧制前片材5利用上下轧辊6进行叠轧，第一道次压下率在40％-60％之间，使各层材料得到很好地焊合。

第六步：将上一道次轧制后的材料进行进一步轧制，单道次轧制压下率控制在20％-30％之间。

第七步：将材料取出，重复第六步，直至达到适合的带材厚度，轧件总压下率控制在90％-95％。

第八步：将轧制的复合金属带材7在热处理箱中进行热处理。热处理温度控制在450℃-600℃。热处理时间为18-24小时。从而制备出铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物颗粒/铝/钛铝金属间化合物/钛/…/钛铝金属间化合物颗粒/铝层状复合带材9，其中，包括了粗晶的铝10、超细晶钛12以及位于二者之间的钛铝金属间化合物11。

本发明的一个实施案例，采用钛箔1厚度为25μm，铝板带材2厚度为300μm。钛为工业纯钛，铝为工业纯铝。根据上述方案按照铝/钛/铝进行堆叠，然后，进行叠轧。经过轧制后，轧件的厚度为130μm。在600℃温度情况下保温24小时后，材料演变为铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物/铝的层状复合带材，钛与铝之间形成的钛铝金属间化合物颗粒的微观组织照片如图2所示，可以看出经过热处理之后，在钛和铝金属之间形成了大量的钛铝金属间化合物颗粒(tial3)，这些颗粒分布在铝基体之中。这种材料为超细晶金属钛、粗晶铝以及tial3金属间化合物颗粒构成的三元复合材料。

技术特征：

技术总结
一种制备多组元复合带材的方法，将钛箔和铝板带材加工成相同尺寸的片材，按照铝板带材/钛箔/铝板带材/钛箔/…/铝板带材进行堆叠，通过电焊将前端进行焊合，采用锻压机进行压应力除气，然后进行叠轧，再进行进一步轧制，重复轧制直至达到要求的带材厚度，将轧制的复合金属带材进行热处理，得到铝/钛铝金属间化合物颗粒/钛/钛铝金属间化合物颗粒/铝/钛铝金属间化合物/钛/…/钛铝金属间化合物颗粒/铝层状复合带材，本发明利用叠轧的方式制备超细晶金属复合带材，利用热处理工艺控制金属界面的金属间化合物尺寸、分布与形貌，最终获得多组元的层状复合带材，该层状复合带材在航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域具有广阔前景。

技术研发人员：喻海良;崔晓辉;王青山
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2017.06.14
技术公布日：2017.11.24