一种TiMg层状复合材料及差温制备方法与流程

本发明属于异种材料复合技术加工领域，具体涉及一种timg层状复合材料及差温制备方法。

背景技术：

钛、镁两种金属及其合金是目前工程应用领域最为广泛的轻金属材料。钛具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能优异以及良好的生物相容性等，被广泛应用于航空航天、化工及医学领域，但其应用受到高成本限制；镁合金是目前为止最轻的结构材料，具有良好的导热导电性、切削性能好，但耐腐蚀、塑性加工性能和成形性能差。

如何将二者的优点结合起来，制备一种钛镁层状复合材料，成为复合材料制备领域急需解决的问题。

目前，国内外制备金属层状复合材料的方法主要有爆炸复合法和轧制复合法。爆炸复合法表面质量差、生产安全性差；轧制复合法由于其生产周期短、成本低、生产工艺简单等优点得到广泛关注。但是现有的轧制复合技术生产的金属基层状复合板由于异种材料在同温轧制条件下易产生板材边裂现象及组元间变形协调性差等问题，导致复合板的综合力学性能降低。

技术实现要素：

针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于，提供一种timg层状复合材料及差温制备方法，解决现有技术制备的复合板材表面质量差及异种材料在变形过程中变形协调差、轧制边裂等技术问题。

为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案予以实现：一种timg层状复合材料的差温制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将钛板从室温加热至温度a，保温8min～10min；将镁合金板从室温加热至温度b，保温8min～10min，温度a与温度b不同；

步骤二：以上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放，将叠放好的钛镁复合板轧制复合，得到复合板；

步骤三：将步骤二中得到的复合板沿轧制方向切取金相及拉伸试样，之后进行退火处理，得到timg层状复合材料。

步骤一中的钛板和镁合金板加热前进行如下处理：

选用完全退火态的钛板和镁合金板，以上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放，用线切割将待复合的钛板和镁合金板一侧加工成坡口形状，然后将钛板和镁合金板相互接触的表面采用机械抛光的方法打磨，之后放在盛有丙酮的超声波中清洗20min～30min去除金属油污，并用无水乙醇清洗表面并做烘干处理；

步骤一中的加热在真空或有保护气体的热处理炉中进行。

步骤一中的温度a为700℃～800℃，温度b为300℃～400℃。

步骤二中轧制过程为：以45％～60％的压下量进行单道次轧制复合。

步骤三中的退火工艺参数为：在真空或有保护气体的热处理炉中，在200℃～500℃保温0.5h～10h，采用空冷。

一种timg层状复合材料，所述的timg层状复合材料采用上述的制备方法制备。

所述的timg层状复合材料按照上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放，timg层状复合材料的初始厚度为4mm～10mm。

所述的镁合金板，厚度2mm～4mm；所述的钛板，厚度1mm～3mm。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明采用差温轧制法制备timg层状复合材料，通过对上下表层金属钛加热到再结晶温度之上，而对中间层镁合金略微加热，实现二者之间温度差，降低金属钛的变形抗力，促使钛镁二元异种材料在后续的轧制变形中趋于协调变形，改善其在变形过程中的边裂现象和界面结合状态。

(ⅱ)本发明的制备的timg层状复合材料表面质量好、力学性能优异相比同等厚度的钛板，在满足力学性能的前提下可实现减重作用。

(ⅲ)本发明通过对轧制后的复合板进行热处理，减少界面残余应力，改善组织均匀性。

(ⅳ)本发明采用轧制复合技术具有生产效率高、操作工艺简单、成本低等优点。

附图说明

图1是timg层状复合材料轧前叠合示意图；

图2是timg层状复合材料界面形貌图；

图3是实例1及对比例1中拉伸试样应力-应变曲线；

图4是实例2及对比例2中拉伸试样应力-应变曲线；

图5是实例3及对比例3中拉伸试样应力-应变曲线；

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

取原始尺寸为2.3mm×100mm×200mm的az31镁合金板1块；1mm×100mm×200mm的钛板2块，以上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放，用线切割加工成如图1所示的坡口形状；然后将钛板和镁合金板相互接触的表面采用机械抛光的方法打磨，之后放在盛有丙酮的超声波中清洗30min去除金属表面的油污，并用无水乙醇清洗表面并做烘干处理，将钛板在有氩气保护的热处理炉中从室温加热至700℃，保温8min；将镁合金板在有氩气保护的热处理炉中从室温加热至300℃，保温8min，然后以上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放，用导位装置送至轧机入口端，以55％压下量进行单道次轧制。

沿轧制方向切取拉伸试样，将其在有氩气保护的热处理炉中在350℃保温1h后，得到timg层状复合材料，进行拉伸试验测得应力-应变曲线如图3所示。

实施例2：

本实施例步骤同实施例1，不同的是，将实例中的热处理工艺改为在500℃保温2h，其余保持不变，得到如图4所示应力-应变曲线。

实施例3：

本实施例步骤同实施例1，不同的是，本实例1中的钛板有氩气保护的热处理炉中从室温加热至800℃，镁合金板在有氩气保护的热处理炉中从室温加热至400℃，热处理工艺为400℃，保温2h。拉伸试验测得应力-应变曲线如图5所示。

对比例1：

本对比例与实施例1基本相同，区别在于，本对比例采用同温轧制，按上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放之后置于有氩气保护的热处理炉中从室温加热至300℃，保温8min，将复合后的板材沿轧制方向切取拉伸试样，在有氩气保护的热处理炉中在350℃保温1h，测得应力-应变曲线如图3所示。

对比例2：

本对比例与实施例2基本相同，区别在于，本对比例采用同温轧制，按上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放之后置于有氩气保护的热处理炉中从室温加热至300℃，保温8min，将复合后的板材沿轧制方向切取拉伸试样，在有氩气保护的热处理炉中在500℃保温2h，测得应力-应变曲线如图4所示。

对比例3：

本对比例与实施例3基本相同，区别在于，本对比例采用同温轧制，按上下层钛板，中间层镁合金板的顺序叠放之后置于有氩气保护的热处理炉中从室温加热至400℃，保温8min，将复合后的板材沿轧制方向切取拉伸试样，在有氩气保护的热处理炉中在400℃保温2h，测得应力-应变曲线如图5所示。

对比图3图4图5中的曲线可以得到差温轧制制备的timg复合板力学性能高于在同等条件下同温轧制制备的timg复合板。