一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法

本发明涉及复合材料制备，尤其涉及一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法。

背景技术：

1、随着钛钢复合板的应用领域不断拓展，市场对于钛钢复合板的尺寸和性能都提出了新的要求，现有的制备方法和工艺也面临着巨大挑战，在石化电力、盐化工、交通运输、海水淡化、海洋工程和日常生活等领域应用广泛。

2、目前，热轧复合法为制备钛钢复合板的主要工艺，采用热轧复合过程中，由于钛和钢的塑性变形能力相差较大，变形不协调，为防止钛钢复合板发生翘曲，提高成材率，一般采用对称轧制，造成初始厚度增大，加大了对设备轧制能力的要求；为避免高温下钛、钢待复合面发生过度氧化，钛钢组合坯料时要创造真空条件，使得组坯过程要焊接密封、抽真空，这限制了通过热轧单道次轧制制备薄的、宽幅的钛钢复合板，同时也限制了制备钛钢复合板的高效性。另外，如果轧前焊接失效，加热过程中界面发生氧化，影响成材率。另外，由于热轧温度一般在680℃-950℃，由于钛钢界面在高温下容易生成的tic、feti或fe2ti等脆性相会损害钛/钢复合板的界面结合质量。所以采用冷轧复合法以及添加中间层抑制脆性层的产生成为未来研究的重点方向。

3、而由于钛板和钢板的变形抗力较大，所以冷轧制备工艺需要考虑降低压下率以及降低对轧制设备的要求，也导致现有的冷轧钛钢复合法鲜有研究，但可以从冷轧复合法的结合机理进行基础研究，根据薄膜理论，冷轧过程中硬质金属表面硬化层的断裂，新鲜金属暴露；在轧制力的作用下，破碎的硬化层刺入异侧软金属，同时流动性较好的软金属挤入裂缝；暴露的软硬两种新鲜金属接触并在轧制力的作用下挤压接触，从而形成有效的机械互锁结构，以达到制备复合板的目的，然后通过退火处理形成具有优良力学性能的复合板。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，通过选用合适的打磨工艺在硬金属表面产生硬化层，并利用氧化处理强化硬化层，以及选用变形抗力较低的金属作为中间层，从而实现冷轧钛钢复合板并充分提高了界面结合强度。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明所提出的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、准备待轧制的钛板、铝板和钢板；

5、步骤s2、对钛板、钢板和铝板进行表面洁净处理：清理待轧制钛板、钢板和铝板的待复合表面原始的硬化层、氧化物和油污，得到洁净的钛板、钢板和铝板；

6、步骤s3、对步骤s2得到的洁净的钛板和钢板待复合界面进行氧化处理；

7、步骤s4、工件预装并轧制：对步骤s3中氧化处理后的钢板、钛板与洁净的铝板按照钛板、铝板和钢板的顺序叠合预装，并将预装后工件进行冷轧实现钛铝钢金属板的轧制复合，得到初步复合板；

8、步骤s5、对初步复合板进行热处理：对步骤s4中得到的初步复合板进行热处理工艺，在350℃～600℃温度范围内退火1-2h后随炉冷却，进而获得钛铝钢复合板。

9、进一步的，所述步骤s2中，采用钢丝刷、砂纸或砂轮去除待复合表面的原始氧化物和硬化层，并用丙酮和酒精将待复合表面的油污擦拭干净，再用风机吹干备用。

10、进一步的，所述步骤s3中，氧化处理为采用钛板、钢板在空气中加热或在电阻炉中高温保温的方法，氧化处理后钢板和钛板的待结合面形成氧化膜。

11、进一步的，采用在空气中加热时，钢板和钛板在空气中加热的时间分别控制在60s～480s和100s～240s。

12、进一步的，采用电阻炉氧化工艺时，钢板氧化的炉温为500℃～600℃，加热时间控制在2min～32.5min；钛板氧化的炉温为500℃～800℃，加热时间控制在25s～10min，通过控制加热时间控制钢板表面氧化膜的厚度在200nm-4μ0之间，钛板表面的氧化膜在20nm-500nm之间。

13、进一步的，待轧制钛板和钢板氧化处理后需冷却至室温式。

14、进一步的，所述步骤s4中，对预装工件的轧制采用轧机进行冷轧，轧制速度为0.1～5m/s，轧制压下率为35％以上，实现钛铝钢复合板的初步复合。

15、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

16、(1)本发明采用冷轧制备工艺，有效地避免了高温下脆性金属层在界面生成。

17、(2)本发明采用纯铝作为中间层，使得冷轧钛钢复合板成为可能，并使得单道次生产薄的、宽幅的复合板成为可能。

18、(3)本发明采用轧前氧化处理，一方面，在轧后钛侧和钢侧界面断裂的氧化物均会刺透并嵌入位于组坯中部的铝基体，使得界面均会形成有效的机械咬合现象；另一方面，中间层铝金属避免钛板和钢板的直接接触，有效避免了脆性层的生成，从而有效的提高了冷轧钢铝复合板的结合强度。

19、(4)本发明中，通过轧前对钛板和钢板接触面处进行打磨处理，利用氧化处理强化打磨产生的硬化层，依据氧化硬化层的脆硬性，使得钛板和钢板待结合面氧化膜破碎具有较低临界压下率，当压下率大于此临界压下率，轧制后钛板和钢板待结合界面的氧化物破碎会刺透位于中部的软金属铝，进而钛铝、钢铝两个界面均可以形成有效的机械啮合，再经退火过程中铝板内部新鲜金属与钢和钛互相扩散，进而实现高强度复合。

技术特征：

1.一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：所述步骤s2中，采用钢丝刷、砂纸或砂轮去除待复合表面原始的氧化物和硬化层，并用丙酮和酒精将待复合表面的油污擦拭干净，再用风机吹干备用。

3.根据权利要求1所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：所述步骤s3中，氧化处理为采用钛板、钢板在空气中加热或在电阻炉中高温保温的方法，氧化处理后钢板和钛板的待结合面形成氧化膜。

4.根据权利要求3所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：采用在空气中加热时，钢板和钛板在空气中加热的时间分别控制在60s～480s和100s～240s。

5.根据权利要求4所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：采用电阻炉氧化工艺时，钢板氧化的炉温为500℃～600℃，加热时间控制在2min～32.5min；钛板氧化的炉温为500℃～800℃，加热时间控制在25s～10min，通过控制加热时间控制钢板表面氧化膜的厚度在200nm-4μm之间，钛板表面的氧化膜在20nm-500nm之间。

6.根据权利要求3所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：待轧制钛板和钢板氧化处理后需冷却至室温。

7.根据权利要求1所述的一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，其特征在于：所述步骤s4中，对预装工件的轧制采用轧机进行冷轧，轧制速度为0.1～5m/s，轧制压下率为35％以上，实现钛铝钢复合板的初步复合。

技术总结
本发明涉及一种以铝为中间层冷轧制备钛铝钢复合板的方法，包括步骤S1、准备待复合钢板、铝板、钛板；S2、表面清洁处理；S3、表面氧化处理；步骤S4、工件预装并进行轧制；步骤S5、热处理；本发明不同于现有技术中钛钢复合板需要采用高温热轧以期提高复合强度，本发明通过轧前对钛板和钢板待轧制面处进行氧化处理，将处理后的工件冷却至室温，选用厚度较薄的铝板，按照钛、铝、钢顺序预装，经冷轧后实现钛铝钢复合板初步复合，并将所获得的复合板进行热处理，能够充分提高界面接触结合强度。

技术研发人员：余超,付伦,王博伟,白文博,肖宏
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16