一种钛钢复合金属材料的制备工艺制造技术

一种钛钢复合金属材料的制备工艺，复合金属材料从下至上依次包括近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层，所述近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层之间紧密结合、形成一体。本发明专利技术所述的钛钢复合金属材料的制备工艺，设置在钛合金与不锈钢之间，用于钛合金与不锈钢的焊接，其作为中间过渡层进行介入，有效降低焊接处的脆性、提升力学性能，同时满足钛合金与不锈钢的反应需求，形成良好的冶金结合，应用前景广泛。前景广泛。前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种钛钢复合金属材料的制备工艺


[0001]本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种钛钢复合金属材料的制备工艺。

技术介绍

[0002]钛合金耐腐蚀性良好，比强度高、耐高温、韧性好、导热性能优良、 抗疲劳性能良好，能在大多数环境中长期服役，但是钛合金弹性模量低、抗蠕变性能较差，且钛合金价格昂贵，影响了其在日常生活中的大范围应用。而不锈钢在大气、水、酸、碱和盐或其他介质中具有一定的化学稳定性，不锈钢在具有很强的化学稳定性的同时也具有足够的强度和塑性，在一定的高温或低温条件下仍具有稳定的力学性能和耐腐蚀性能，同时焊接性、热稳定性良好，且价格相对低廉， 实际使用中不存在较大的经济压力。将钛合金与不锈钢连接起来， 制成复合构件，使这种构件既具有类似钛合金比强度高、耐腐蚀等诸多优点的同时，又具有类似不锈钢低成本的优势，使两种金属材料扬长避短，充分发挥各自的优势，实现性能与经济的互补。
[0003]但是，由于钛合金、不锈钢两种金属物理性能的差异较大，导致焊接性变差，容易反应生成 Ti
‑
Fe 系脆性金属间化合物，导致发生脆性断裂。
[0004]例如，中国专利申请号为CN201410166026.3公开了一种钛合金与不锈钢的真空微扩散连接方法，要解决目前钛合金与不锈钢扩散连接过程中，由于界面处极易形成连续且高脆性的金属间化合物，从而导致焊接接头强度低、韧性差的问题，其采用的方法为：一、钛合金和不锈钢母材的加工；二、钛合金和不锈钢母材待连接表面的处理；三、试样装配；四、微扩散连接；五、对焊后件进行二次加工。
[0005]因此，本专利技术的目的是：研发出一种钛钢复合金属材料，适用于钛合金与不锈钢的焊接，将该金属材料作为钛合金与不锈钢的中间过渡层进行介入，有效降低焊接脆性、提升力学性能，同时满足两侧母材的反应需求，形成良好的冶金结合。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种钛钢复合金属材料的制备工艺，复合金属材料包括近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层这3层，近钛合金侧层贴近钛合金，近不锈钢侧层贴近不锈钢，设置在钛合金与不锈钢之间，用于钛合金与不锈钢的焊接，其作为中间过渡层进行介入，有效降低焊接处的脆性、提升力学性能，同时满足钛合金与不锈钢的反应需求，形成良好的冶金结合，应用前景广泛。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种钛钢复合金属材料的制备工艺，复合金属材料从下至上依次包括近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层，所述近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层之间紧密结合、形成一体；所述复合金属材料的制备，包括如下步骤：（1）配料：所述近钛合金侧层包括以下成分：V70
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75 wt%、Mo 10
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15 wt%、Zr 5
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10wt%、 Nb 1
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5wt%；所述钎料中间层2采用银基钎料片，所述银基钎料片包括以下成分：Ag42
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48wt%、Cu28
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35wt%、Zn 22
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26wt%；所述近不锈钢侧层包括以下成分：Cr 72
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78wt%、Mo 8
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12wt%、Ni 4
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9wt%、Co 3
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7wt%；按照上述配方进行V、Zr、Nb、Mo、Cr、Ni、Co金属粉末的配料；（2）压制成形：将组成近钛合金侧层的V、Zr、Nb、Mo金属粉末混合均匀， 将组成近不锈钢侧层的Cr、Ni、Co、 Mo金属粉末混合均匀，分别设置于银基钎料片上下两侧，通过粉末压制成形装置，在银基钎料片上下两侧制备出近钛合金侧层、近不锈钢侧层，制得复合金属材料。
[0008]本专利技术所述的钛钢复合金属材料，设置在钛合金与不锈钢之间，用于钛合金与不锈钢的焊接，其作为中间过渡层进行介入，有效降低焊接处的脆性、提升力学性能，同时满足钛合金与不锈钢的反应需求，形成良好的冶金结合。
[0009]所述复合金属材料包括3层，即近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层，近钛合金侧层贴近钛合金，近不锈钢侧层贴近不锈钢。所述近钛合金侧层选择以V为主、Mo、Zr、 Nb为辅的金属元素，可以在满足固定大量 Ti 元素条件与钛合金中参与冶金的元素反应生成有效的固溶体组织，固溶体组织可以有效减少焊缝中脆性金属间化合物的含量；所述钎料中间层选择银基钎料片，起到变质处理的效果， 同时塑性好，焊接时在焊缝处形成固溶体组织， 改善焊缝组织， 降低脆性；所述近不锈钢侧层选择以Cr为主、Mo、Ni、Co为辅的金属元素，Cr在不锈钢的表面可以生成一种与不锈钢牢固结合的致密的氧化膜，起到强烈的钝化作用，通过Cr 可以生提高不锈钢在电介质中的电极电位，提高其化学稳定性，Cr、Mo、Ni、Co与不锈钢牢中参与冶金的元素反应生成有效的固溶体组织。
[0010]采用粉末压制成形装置制备复合金属材料，简单，无污染、省材料、效率高，将近钛合金侧层、钎料中间层、近不锈钢侧层之间紧密结合、形成一体。
[0011]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述银基钎料片在压制成形前要进行预处理，所述预处理包括如下内容：采用1000
‑
1500 目砂纸打磨银基钎料片，然后放置于丙酮溶液中超声波清洗1
‑
5min， 烘干后静置。
[0012]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述粉末压制成形装置包括上模、阴模、下模；所述上模、阴模、下模从上至下依次套设组成模具。
[0013]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述上模的冲芯一高度大于阴模上的冲孔深度，所述下模的冲芯二高度小于阴模上的冲孔深度，在所述阴模的冲孔处形成铺设金属粉末的空腔，所述冲芯一、冲芯二与冲孔之间的间隙为0.1
‑
0.3mm。
[0014]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述粉末压制成形装置还包括铺粉装置；所述铺粉装置包括支架、上水平支杆、下水平支杆、电机、毛刷、振动器、不锈钢筛，所述支架设置在模具一侧，所述上水平支杆、下水平支杆从上至下分别通过调节旋钮水平设置在连接在支架上，所述电机固定在上水平支杆上，所述毛刷位于电机正下方并且与电机刚性连接，所述振动器固定在下水平支杆上，所述不锈钢筛位于振动器正下方并且与振动器刚性连接，所述模具位于不锈钢筛垂直正下方。
[0015]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述不锈钢筛与模具之间设置有挡粉板，所述挡粉板上开始有漏粉孔，所述漏粉孔与冲孔形状及大小相同。
[0016]通过设计铺粉装置，有利于将组成近钛合金侧层的V、Zr、Nb、Mo金属粉末、组成近
不锈钢侧层的Cr、Ni、Co、 Mo金属粉末在单位面积上以固定厚度均匀铺展在冲孔内，从而提高压制成形质量。
[0017]进一步的，上述的钛钢复合金属材料的制备工艺，所述步骤2中的压制成形，具体包括如下步骤：（1）将阴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛钢复合金属材料的制备工艺，其特征在于，复合金属材料从下至上依次包括近钛合金侧层（1）、钎料中间层（2）、近不锈钢侧层（3），所述近钛合金侧层（1）、钎料中间层（2）、近不锈钢侧层（3）之间紧密结合、形成一体；所述复合金属材料的制备，包括如下步骤：（1）配料：所述近钛合金侧层（1）包括以下成分：V70
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75 wt%、Mo 10
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15 wt%、Zr 5
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10wt%、 Nb 1
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5wt%；所述钎料中间层（2）采用银基钎料片，所述银基钎料片包括以下成分：Ag 42
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48wt%、Cu28
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35wt%、Zn 22
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26wt%；所述近不锈钢侧层（3）包括以下成分：Cr 72
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78wt%、Mo 8
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12wt%、Ni 4
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9wt%、Co 3
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7wt%；按照上述配方进行V、Zr、Nb、Mo、Cr、Ni、Co金属粉末的配料；（2）压制成形：将组成近钛合金侧层（1）的V、Zr、Nb、Mo金属粉末混合均匀， 将组成近不锈钢侧层（3）的Cr、Ni、Co、 Mo金属粉末混合均匀，分别设置于银基钎料片上下两侧，通过粉末压制成形装置（4），在银基钎料片上下两侧制备出近钛合金侧层（1）、近不锈钢侧层（3），制得复合金属材料。2.根据权利要求1所述的钛钢复合金属材料的制备工艺，其特征在于，所述银基钎料片在压制成形前要进行预处理，所述预处理包括如下内容：采用1000
‑
1500 目砂纸打磨银基钎料片，然后放置于丙酮溶液中超声波清洗1
‑
5min， 烘干后静置。3.根据权利要求1所述的钛钢复合金属材料的制备工艺，其特征在于，所述粉末压制成形装置（4）包括上模（41）、阴模（42）、下模（43）；所述上模（41）、阴模（42）、下模（43）从上至下依次套设组成模具。4.根据权利要求3所述的钛钢复合金属材料的制备工艺，其特征在于，所述上模（41）的冲芯一（411）高度大于阴模（42）上的冲孔深度，所述下模（43）的冲芯二（431）高度小于阴模（42）上的冲孔（421）深度，在所述阴模（42）的冲孔（421）处形成铺设金属粉末的空腔，所述冲芯一（411）、冲芯二（431）与冲孔（421）之间的间隙为0.1
‑
0.3mm。5.根据权利要求4所述的钛钢复合金属材料的制备工艺，其特征在于，所述粉末压制成形装置（4）还包括铺粉装置（44）；所述铺粉装置（44）包括支架（441）、上水平支杆（442）、下水平支杆（443）、电机（444）、毛刷（445）、振动器（446）、不锈钢筛（447），所述支架（44）设置在模具一侧，所述上水平支杆（442）、下水平支杆（443）从上至下分别通过调节旋钮（448）水平设置在连接在支...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓彬，李召军，
申请(专利权)人：徐州中盛远达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：