船用超薄大规格钛钢金属复合板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种船用超薄大规格钛钢金属复合板及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供了一种适合于船舶壳体及甲板使用的超薄大规格钛钢金属复合板及其制备方法。本发明专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板采用钛板和钢板复合制备而成；所述钛板厚度为0.5mm～2mm，所述钛板和钢板的长度为8000mm～10000mm，所述钢板厚度≥10mm。本发明专利技术首次实现了8000mm～10000mm超薄钛材与钢板的冶金结合，节省了大量钛材，大大降低了钛板的应用成本。本发明专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板层间结合率高，结合强度高，波幅比大，达到10～14个/mm，达到微波结合状态，无相变、金属间化合物，性能优异，可广泛应用于民用、商用船舶制造领域。制造领域。制造领域。

【技术实现步骤摘要】
船用超薄大规格钛钢金属复合板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种船用超薄大规格钛钢金属复合板及其制备方法，属于金属材料


技术介绍

[0002]钛具具有优良的耐腐蚀，且密度较低，重量轻，所以化学工业、航天航空、兵器军工、船舶制造等领域已经得到极其广泛的应用。目前，俄罗斯、美国、日本、中国等国家在船舶制造中使用了大量的钛及钛合金，主要应用于舰船上的以下部件及设备中：深水立管、补给管、泵、过滤器、通海管路、饮用水管、钻井管和地下水管路、热交换器、柴油机独立消防泵和灭火系统、深水设备壳体、外井系统柔性管、压力容器、平台紧固接头的高强柔性拉伸部件、工艺溶液的管系和容器等，但在船舶占重最大的壳体、甲板部分，因钛材成本过高及结构强度达不到要求，还是采用普通的钢板或不锈钢板。
[0003]目前的钛钢金属复合板不到船舶使用要求的原因主要如下：
[0004]1、钛及钛合金在海水中几乎零腐蚀，因此船舶制造只需要厚度在0.5mm甚至以下的钛层厚度即可，但目前生产钛钢金属复合板钛层厚度在2mm以下就很难进行爆炸复合。其一，在传统爆炸焊接中，在钛层和钢层之间必须有大量支撑物，但因为钛板过薄，抗冲击力能力不足，在爆炸作用下支撑物会顶破较薄的钛层，产生大量冲孔；其二，因为钛板较薄，非常容易变形，在传统支撑物支撑下，钛层变形严重，使爆炸复合不能有序进行，无法正常排气，产生大量的褶皱破坏。
[0005]2、采用传统爆炸焊接得到的钛钢金属复合板，结合界面波幅比(即每mm有多少个波峰谷)不能得到有效控制，5～10个/mm不等，整个复合板微波、中波、大波结合状态，参差不齐，对于超薄钛层，例如1mm厚，如果波幅比过小，几乎整个钛材都变成了结合面，大大降低了其防腐性能。
[0006]3、采用传统的沙坑掩埋或者在空气中进行爆炸焊接，约有10％～15％α相向β相转变，同时形成了氧化钛、氧化铁等多种金属间化合物，β相及各种金属间化合物的存在严重影响了钛材在海水中的防腐和力学性能。
[0007]综上，目前未见有能真正用于船舶壳体及甲板使用的超薄大规格钛钢金属复合板的相关报道。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种适合于船舶壳体及甲板使用的超薄大规格钛钢金属复合板。
[0009]本专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板采用钛板和钢板复合制备而成；所述钛板厚度为0.5mm～2mm，所述钛板和钢板的长度为8000mm～10000mm，所述钢板厚度≥10mm。
[0010]本专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板的屈服强度可以达到390～450Mpa，抗拉强度可以达到490～560Mpa，剪切强度可以达到390～420Mpa，层间结合率为100％。其内弯、
外弯180度均不开裂，无相变，无金属间氧化物，能够满足船舶的制造使用。
[0011]本专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板，的钛板和钢板的结合界面为微波结合，波幅比为10～14个/mm，保证了其防腐性能。
[0012]本专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板的钛板和钢板的结合界面钛板组织均为α相，无β相，钛钢金属复合板的钛板和钢板的结合界面无金属间化合物，进一步提高了钛材在海水中的防腐和力学性能。
[0013]本专利技术船用超薄大规格钛钢金属复合板的钛板的钛的含量优选≥95wt％。
[0014]其中，本专利技术钛钢金属复合板中的钛板和钢板厚度可以根据具体需求进行调整，比如：可以调整钛板厚度为0.5mm，0.55mm，0.6mm，0.75mm，0.8mm，0.95mm，1.0mm，1.1mm，1.2mm，1.3mm，1.4mm，1.65mm，2.0mm等，还可以调整钢板厚度为≥10mm，调整钢板厚度为10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，60mm，70mm等。
[0015]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种制备上述船用超薄大规格钛钢金属复合板的方法，其包括如下步骤：
[0016]a、选择所需厚度和长度的钛板和钢板，将钛板和钢板进行表面除锈抛光处理，将钛板铺设于钢板顶部；
[0017]b、将组配好的钛板和钢板用密封条密封，并充满氩气，直至复板平整度达到与基板完全平行，基复版的距离等于密封条宽度；
[0018]c、将充满氩气的整个结构至于平整的炮台上，在钛板的上表面均匀涂覆耐高温油脂，然后将药框置于涂覆有耐高温油脂的钛板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于钢板的板面面积；
[0019]d、引爆，得到超薄钛钢金属复合板。
[0020]其中，为了使复合板的层间结合率更高，超薄复板不被破坏，上述步骤b中所述的氩气，优先选择纯度在99％以上的氩气，使整个爆炸焊接过程在纯洁的氩气环境下进行。
[0021]上述步骤b中所布设的密封条宽度优选为2mm～10mm(密封条的宽度即为钛板和钢板之间的间隙大小)，密封条的宽度决定了碰撞角和碰撞速度，密封条宽度为2mm～10mm可以使产品的结合强度最佳。
[0022]其中，上述步骤c中平整的炮台，优先沙土地基，无硬石块。
[0023]其中，上述钛钢金属复合板的制备方法，步骤c中的耐高温油脂采用常规的炸药用耐高温油脂即可，比如，采用黄油。
[0024]通常来说，爆炸复合炸药需求高猛度、低爆速，但是对于超薄大规格钛钢复合板却恰恰相反，因为超薄钛层需要爆速更高以形成更小的波纹，更小的结合界面，同时避免钛板的爆炸损坏，其需要更小的猛度，综合考虑以上两个原因，本专利技术的专利技术人经过试验研究发现，上述c步骤中采用如下爆炸复合用炸药更能保证钛钢金属复合板的性能：
[0025]上述步骤c中的爆炸复合用炸药优选由膨化硝铵炸药、玻璃微球、氯化钠粉、碳酸钙粉、碳酸氢钠混合制备而成，其中，按重量配比含有膨化硝铵炸药比例为50～65份，玻璃微球3～20份，盐粉5～20份，石粉5～10份，碳酸氢钠3～10份。
[0026]进一步的，所述玻璃微球为中空密闭的正球形、粉沫状的超轻质填充材料，其真实密度为0.12～0.60g/cm3，粒径为15～135μm；所述氯化钠粉的堆积密度为1.0～1.30g/cm3，纯度＞99.5wt％，平均粒度＜50目，氯化钠粉中含水量＜0.3wt％；所述碳酸钙粉的纯度＞
99.5wt％，平均粒度＜40目，含水量应＜0.3wt％；所述碳酸氢钠密度为2.20～2.25g/cm3，纯度＞99.5wt％，平均粒度＜120目，含水量应＜0.3wt％。
[0027]上述爆炸复合用炸药将玻璃微球粉、盐粉、石粉、碳酸氢钠一定温度下进行干燥；将膨化硝铵炸药及前述干燥后的粉末按照相应比例混合，即得。
[0028]进一步的，上述d步骤中所述的挡板可以为纸板、木板或塑料板等，能保证一定强度即可。d步骤中的引爆可以采用常规方法，比如：可以将起爆药置于挡板上引爆。
[0029]本专利技术中钛钢金属复合板的结合状态采用超声检测方法，按NB/T 47013.3的规定检测；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.船用超薄大规格钛钢金属复合板，其特征在于：采用钛板和钢板复合制备而成；所述钛板厚度为0.5mm～2mm，所述钛板和钢板的长度为8000mm～10000mm，所述钢板厚度≥10mm。2.根据权利要求书1所述的船用超薄大规格钛钢金属复合板，其特征在于：所述钛钢金属复合板的钛板和钢板的屈服强度为390～450Mpa，抗拉强度为490～560Mpa，剪切强度为390～420Mpa，层间结合率为100％。3.根据权利要求书1所述的船用超薄大规格钛钢金属复合板，其特征在于：所述钛钢金属复合板的钛板和钢板的结合界面为微波结合，波幅比为10～14个/mm。4.根据权利要求书1所述的船用超薄大规格钛钢金属复合板，其特征在于：所述钛钢金属复合板的钛板和钢板的结合界面钛板组织为α相，所述钛钢金属复合板的钛板和钢板的结合界面无金属间化合物。5.根据权利要求书1～4任一项所述的船用超薄大规格钛钢金属复合板，其特征在于：所述钛板的钛的含量≥95wt％。6.制备权利要求1～5任一项所述船用超薄大规格钛钢金属复合板的方法，其特征在于包括如下步骤：a、选择钛板和钢板，将钛板和钢板进行表面除锈抛光处理，将钛板铺设于钢板顶部；b、将组配好的钛板和钢板用密封条密封，并充满氩气，直至复板平整度达到与基板完全平行，基复版的距离等于密封条宽度；c、将充满氩气的整个结构至于平整的炮台上，在钛板的上表面均匀涂覆耐高温油脂，然后将药框置于涂覆有耐高温油脂的钛板顶部，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宝明，高杨文，
申请(专利权)人：宝鸡市钛程金属复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：