本发明涉及一种金属复合板的制备方法，特别是涉及采用轧制法制备双金属复合板的方法，属于复合金属材料加工领域。
背景技术：
随着现代科学技术的发展，各种新技术、新工艺不断涌现，在生产实践中，人们对材料的性能也不断提出新的更高要求；与此同时，越来越多的贵重金属或稀有金属被用来制造各种要求耐腐蚀、耐磨损、耐高温的结构或设备上，在许多场合下，采用单一的金属材料难以满足工程结构对其使用性能和成本的双重需求。于是通过特殊工艺制备而成的复合材料便应运而生，金属复合板便是其中的一种。金属复合板是由两种或两种以上不同金属材料通过加热、加压或者两种并用的工艺方法，使相互之间结合界面达到牢固的冶金结合而制成的。工业上生产金属复合板的方法主要分为两种：爆炸复合法和轧制复合法。爆炸复合法生产的金属复合板尺寸较小，很难以满足大尺寸用户的要求；同时该方法影响金属复合板结合强度的因素多，能量消耗大，污染环境，成材率低，这一系列的问题极大地制约了该方法的使用。轧制复合法能够比较容易地生产大尺寸的金属复合板，该方法采用将两种板材直接重叠加热后进行轧制，从而形成复合板材。
与单一金属材料相比，金属复合板具有组成其单一金属材料所无法比拟的综合性能，具有良好的综合性能、低成本、较好的后续加工性能、可选择组合的材料种类较多等优点。但目前多金属复合板普遍存在一个问题是金属间界面性能较差，其中加热时间短扩散不足，形成的界面差；加热时间长会造成脆性相粗大，也会不利于界面性能的提高。
申请号201310481532.7的中国专利公开了一种镁-钢复合板及其制备方法，该方法在镁-钢之间添加锌镀层，形成镁-镀锌钢的组合坯料；将组合坯料夹紧放入电阻加热炉中，抽真空，真空度达到0.005Pa时，开启电阻加热炉将组合坯料加热到350℃，保温30min；最后，将经过热处理的组合坯料送入轧机中轧制，轧制速度2m/s，末道次压下率为10％，总压下率为20％，将轧制后的镁-钢复合板进行裁剪。但镁合金的熔点低，决定了其轧制温度低，350℃轧制，金属原子扩散能力弱，其界面强度低。
技术实现要素：
为促进复合层元素扩散，提高扩散效率，增强界面结合强度，本发明提供了一种高强度双金属复合板的制备方法。
本发明的高强度双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ、原材料前处理：将基材和复材分别加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边；
Ⅱ、隔离剂的涂覆：在复材的一面涂覆隔离剂；
Ⅲ、催渗剂的涂覆：将基材的一面、复材未涂隔离剂的面中至少一面涂覆催渗剂；
Ⅳ、组坯：按照基材-复材-复材-基材或基材-金属过渡层-复材-复材-金属过渡层-基材的方式对称组坯，然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料；其中，复材涂覆有隔离剂的两个面贴在一起，基材涂覆有催渗剂的一面与金属过渡层贴合或基材涂覆有催渗剂的一面与复材未涂隔离剂的面贴合；
Ⅴ、加热：将组合坯料于400-1000℃加热90-360min；
Ⅵ、轧制：将坯料进行轧制，终轧温度300-700℃，轧制总变形量≥80％，首道次变形量30％以上，其余道次变形量15％以上，轧制速度0.1～2m/s；
Ⅶ、精整：分离隔离剂界面，得到双金属复合板。
进一步地，步骤Ⅰ所述的基材为钢、钛、铝、铜、锌和镁中的一种或几种，所述的复材为钢、钛、铝、铜、锌和镁中的至少一种，所述的过渡层金属为铜、镍、铌、钢、钛和铝中的至少一种。
进一步地，步骤Ⅲ所述的催渗剂的活性成分为稀土化合物、NaF、NH4Cl和金属粉末，按重量份各活性成分重量配比为：稀土化合物0.1～10份，NaF 0.1～10份，NH4Cl 0.1～5份，金属粉末89.5～97份。
其中，所述的稀土化合物为稀土氧化物和稀土盐中的至少一种；所述的金属粉末为催渗剂涂覆面两侧的金属材料，如基材为钢，复材为钛，无中间层，则所述的金属粉末就为钛和铁，如添加铜过渡层，涂在钛铜界面的催渗剂中添加的金属粉末就为钛和铜粉，涂在铜钢界面的催渗剂中添加的金属粉末就为铜和铁粉。进一步的，所述金属粉末中两种金属材料的摩尔比可以根据具体需要进行调节，其比例范围为1：5～5：1。
优选地，所述稀土氧化物为Y2O3、CeO2和La2O3中的至少一种；所述稀土盐为LaCl3、Ce(NO3)3和Y(NO3)3中的至少一种。
进一步地，步骤Ⅳ所述的金属过渡层平整，无褶皱和折弯。
进一步地，步骤Ⅳ所述的抽真空，真空度≤0.1Pa。
进一步地，步骤Ⅴ所述的加热时间为90-240min。
本发明的高强度双金属复合板的制备方法，添加了催渗剂，可以缩短扩散时间，抑制有害的元素长程扩散，同时促进有益的界面附近的原子扩散，从而提高复合材料的界面结合强度，其有益效果为：
(1)复合材料的界面结合强度高；
(2)采用本方法，可以缩短加热时间来达到节能减排的效果。
具体实施方式
本发明的高强度双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ、原材料前处理：将基材和复材分别加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边；
Ⅱ、隔离剂的涂覆：在复材的一面涂覆隔离剂；
Ⅲ、催渗剂的涂覆：将基材的一面、复材未涂隔离剂的面中至少一面涂覆催渗剂；
Ⅳ、组坯：按照基材-复材-复材-基材或基材-金属过渡层-复材-复材-金属过渡层-基材的方式对称组坯，然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料；其中，复材涂覆有隔离剂的两个面贴在一起，基材涂覆有催渗剂的一面与金属过渡层贴合或基材涂覆有催渗剂的一面与复材未涂隔离剂的面贴合；
Ⅴ、加热：将组合坯料于400-1000℃加热90-360min；
Ⅵ、轧制：将坯料进行轧制，终轧温度300-700℃，轧制总变形量≥80％，首道次变形量30％以上，其余道次变形量15％以上，轧制速度0.1～2m/s；
Ⅶ、精整：分离隔离剂界面，得到双金属复合板。
进一步地，步骤Ⅰ所述的基材为钢、钛、铝、铜、锌和镁中的至少一种，所述的复材为钢、钛、铝、铜、锌和镁中的至少一种，所述的过渡层金属为铜、镍、铌、钢、钛和铝中的至少一种。
进一步地，步骤Ⅲ所述的催渗剂的活性成分为稀土化合物、NaF、NH4Cl和金属粉末，按重量份各活性成分重量配比为：稀土化合物0.1～10份，NaF 0.1～10份，NH4Cl 0.1～5份，金属粉末89.5～97份。
其中，所述的稀土化合物为稀土氧化物和稀土盐中的一种或两种；所述的金属粉末为催渗剂涂覆面两侧的金属材料，如基材为钢，复材为钛，无中间层，则所述的金属粉末就为钛和铁，如添加铜过渡层，涂在钛铜界面的催渗剂中添加的金属粉末就为钛和铜粉，涂在铜钢界面的催渗剂中添加的金属粉末就为铜和铁粉。进一步的，所述金属粉末中两种金属材料的摩尔比可以根据具体需要进行调节，其比例范围为1：5～5：1。
优选地，所述稀土氧化物为Y2O3、CeO2和La2O3中的至少一种；所述稀土盐为LaCl3、Ce(NO3)3和Y(NO3)3中的至少一种。
进一步地，步骤Ⅳ所述的金属过渡层平整，无褶皱和折弯。
进一步地，步骤Ⅳ所述的抽真空，真空度≤0.1Pa。
进一步地，步骤Ⅴ所述的加热时间为90-240min。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
制备以镍为中间层的钛钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和TA2钛复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。对镍金属过渡层进行整平清污。Q235钢基材厚10mm，TA2钛复材厚3mm，镍过渡层厚1mm。
Ⅱ在两块TA2钛复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在TA2钛复材未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为5％Y2O3，2％NaF和1.5％NH4Cl、40％金属钛粉和51.5％镍粉组成。
Ⅳ按照Q235钢基材-镍过渡层-TA2钛复材-TA2钛复材-镍过渡层-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.01Pa。其中坯料组合时TA2钛复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度900±10℃，加热时间240min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度700℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度1m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为310MPa(国标为196MPa)。
实施例2
制备铝镁复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将AZ31B镁合金和5052铝合金分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。5052铝合金厚5mm，AZ31B镁合金厚2mm。
Ⅱ在两块AZ31B镁合金的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在AZ31B镁合金未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为2％Y2O3,1％LaCl3，2.5％NaF和0.5％NH4Cl、47％镁粉和47％铝粉组成。
Ⅳ按照5052铝合金-AZ31B镁合金-AZ31B镁合金-5052铝合金镁合金的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.1Pa超权利要求的小于1×10-2Pa的范围。其中坯料组合时AZ31B镁合金涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度400±10℃，加热时间90min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度320℃，轧制总变形量80％，首道次40％以上，其余道次30％，轧制速度2m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到铝镁复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为191MPa。
实施例3
制备以铌为中间层的铜钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和铜复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。对铌金属过渡层进行整平清污。Q235钢基材厚10mm，铜复材厚3mm，铌过渡层厚1mm。
Ⅱ在两块铜复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在铜复材未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为5％Y2O3，2％NaF和1.5％NH4Cl、45％金属钛粉和46.5％铌粉组成。
Ⅳ按照Q235钢基材-铌过渡层-铜复材-铜复材-铌过渡层-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.01Pa。其中坯料组合时铜复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度600±10℃，加热时间200min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度500℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度2m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的铜钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为250MPa。
实施例4
制备以锌钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和锌复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。Q235钢基材厚10mm，锌复材厚3mm。
Ⅱ在两块锌复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在锌复材未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为6％Y2O3，1％NaF和1％NH4Cl、26％铁粉和66％锌粉组成。
Ⅳ按照Q235钢基材-锌复材-锌复材-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.1Pa。其中坯料组合时锌复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度550±10℃，加热时间150min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度500℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度1.5m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的锌钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为170MPa。
实施例5
制备以铜为中间层的钛钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和TA2钛复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。对铜金属过渡层进行整平清污。Q235钢基材厚10mm，TA2钛复材厚3mm，铜过渡层厚0.6mm。
Ⅱ在两块TA2钛复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在TA2钛复材未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为5％Y2O3，2％NaF和1.5％NH4Cl、56.5％金属钛粉和35％铜粉组成。
Ⅳ按照Q235钢基材-铜过渡层-TA2钛复材-TA2钛复材-铜过渡层-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.01Pa。其中坯料组合时TA2钛复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度850±10℃，加热时间240min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度700℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度1m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为240MPa。
实施例6
制备以工业纯铁为中间层的钛钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和TA2钛复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。对镍金属过渡层进行整平清污。Q235钢基材厚10mm，TA2钛复材厚3mm，工业纯铁过渡层厚0.8mm。
Ⅱ在两块TA2钛复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在TA2钛复材未涂隔离剂的一面涂覆催渗剂。催渗剂为5％Y2O3，2％NaF和1.5％NH4Cl、40％金属钛粉和51.5％铁粉组成。
Ⅳ按照Q235钢基材-工业纯铁-TA2钛复材-TA2钛复材-工业纯铁-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.01Pa。其中坯料组合时TA2钛复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度900±10℃，加热时间200min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度500℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度1m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为310MPa。
实施例7
制备以镁为中间层的铝镁复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将AZ31B镁合金和5052铝合金分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。5052铝合金厚5mm，AZ31B镁合金厚2mm，AZ91D镁合金过渡层厚度为1mm。
Ⅱ在两块AZ31B镁合金的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ在AZ91D镁合金的一面涂覆催渗剂。催渗剂为2％Y2O3,1％LaCl3，2.5％NaF和0.5％NH4Cl、47％镁粉和47％铝粉组成。
Ⅳ按照5052铝合金-AZ91D过渡层-AZ31B镁合金-AZ31B镁合金-AZ91D过渡层-5052铝合金镁合金的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.1Pa。其中坯料组合时AZ31B镁合金涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅴ将组合坯料进行加热，加热温度400±10℃，加热时间90min。
Ⅵ将坯料进行轧制，终轧温度320℃，轧制总变形量80％，首道次40％以上，其余道次30％，轧制速度1m/s。
Ⅶ精整，分离隔离剂界面，得到铝镁复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为201MPa。
对比例
设置实施例1的平行对照实验组，制备以镍为中间层的钛钢复合板，其制备方法如下：
Ⅰ将Q235钢基材和TA2钛复材分别在车床上加工平整，并进行抛磨处理，去毛刺飞边。对镍金属过渡层进行整平清污。Q235钢基材厚10mm，TA2钛复材厚3mm，镍过渡层厚1mm。
Ⅱ在两块TA2钛复材的一面涂覆隔离剂。
Ⅲ按照Q235钢基材-镍过渡层-TA2钛复材-TA2钛复材-镍过渡层-Q235钢基材的方式对称组坯。然后将坯料的四周进行焊合并抽真空，得到组合坯料，真空度0.01Pa。其中坯料组合时TA2钛复材涂覆有隔离剂的两个面要贴在一起。
Ⅳ将组合坯料进行加热，加热温度900±10℃，加热时间300min。
Ⅴ将坯料进行轧制，终轧温度700℃，轧制总变形量82％，首道次30％以上，其余道次20％，轧制速度1m/s。
Ⅵ精整，分离隔离剂界面，得到钛钢复合板。
将得到的钛钢复合板进行强度测试，得到的界面强度为170MPa(国标为196MPa)。
可见，采用本发明的金属复合板的制备方法制备得到的金属复合板界面强度更好。