一种高精度三层钛基复合板材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，包括以下步骤：一、选取钛筒和铜棒；二、将铜棒插进钛筒并封焊，得到钛铜复合坯料；三、将钛铜复合坯料热压开坯，得到钛铜复合板坯；四、将钛铜复合板坯中温热轧，得到热轧复合板；五、将热轧复合板真空退火和冷轧，得到三层钛基复合板材。本发明专利技术利用钛基复合材料界面反应特性，采用复合坯组装

【技术实现步骤摘要】
一种高精度三层钛基复合板材的制备方法


[0001]本专利技术属于金属复合材料加工
，具体涉及一种高精度三层钛基复合板材的制备方法。

技术介绍

[0002]高精度三层钛基复合板材不仅兼具钛合金材料的高比强度、低比密度以及优异的耐蚀性等，还可以与功能性材料(铜、银、铝等)复合展现出良好的导热、导电以及热膨胀系数可控的特性，在化工、电子通讯以及生物医疗等领域具有重要应用背景。
[0003]目前，层状钛基复合材料的制备工艺主要包括爆炸复合、热轧制复合、电镀复合以及爆炸与热轧制相结合的复合技术等。虽然工艺技术较成熟，但是爆炸复合和电镀复合过程中复合界面呈现锯齿状，复合质量难以精准控制，批次稳定性较差。而三层钛基复合板材亟待突破的工艺技术是高精度复合箔材的生产，钛合金材料与其复合的功能性材料由于熔点、膨胀系数以及变形能力的巨大差异，复合界面结合强度以及复合板材深度精密成型能力是重要的技术难点。因此，设计开发一种适用于批量化工业化生产、高效低成本的高精度三层钛基复合板材的复合工艺技术，具有显著的经济效应和良好的社会效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高精度三层钛基复合板材的制备方法。该方法利用钛基复合材料界面反应特性，采用复合坯组装
‑
高温开坯
‑
中温热轧
‑
退火冷轧相结合的工艺，最大程度地避免了复合界面原位自生大量钛铜金属间化合物的脆性相变过程，并充分利用钛材料高温下变形抗力小的特性，保证了钛/铜/钛三层钛基复合板材具有良好的塑性加工能力，从而制备高精度钛/铜/钛三层钛基复合板材
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、选材：选取钛筒和铜棒；所述钛筒的内表面和铜棒的外表面的粗糙度Ra不大于3，所述铜棒外表面采用电化学沉积法进行镀镍处理，且镀镍层的厚度为3μm～5μm；
[0007]步骤二、装配：将步骤一中选取的铜棒插进步骤一中选取的钛筒中，然后将钛筒的两端采用钛盖板进行氩弧焊封焊，得到钛铜复合坯料；所述钛筒的内径和铜棒的外径采用低间隙配合；
[0008]步骤三、高温开坯：将步骤二中得到的钛铜复合坯料采用快锻机进行热压开坯，然后采用角磨机进行磨抛修整处理，得到钛铜复合板坯；
[0009]步骤四、中温热轧：将步骤三中得到的钛铜复合板坯加热至750℃～800℃后保温90min～120min，然后采用两辊热轧机进行2火次～3火次中温热轧，再采用酸洗和磨抛修整相结合的方式进行料面处理，得到热轧复合板；所述中温热轧中每火次的热轧变形量为40％～60％；
[0010]步骤五、真空退火及冷轧：将步骤四中得到的热轧复合板进行脱油脱脂，然后进行3火次真空退火和冷轧，得到三层钛基复合板材；所述真空退火的温度为700℃～750℃，时间为60min～90min，所述冷轧中每道次的变形量为3％～5％。
[0011]本专利技术通过控制钛筒的内表面和铜棒的外表面的粗糙度，保证钛和铜紧密结合，铜棒外表面采用电化学沉积法进行镀镍处理的目的，是最大程度地避免了钛铜复合界面原位自生大量钛铜金属间化合物的生成，保证了钛/铜/钛三层钛基复合板材具有良好的塑性加工能力，3μm～5μm的镍层厚度确保在完全抑制钛铜复合界面金属间化合物的最优厚度比例，通过将铜棒插进步钛筒中并采用钛盖板进行氩弧焊封焊，经后续变形处理即可得到三层钛基复合板材，通过高温开坯为通过高温热变形工艺实现复合界面的半冶金结合，热压开坯后钛铜复合板坯表面有缺陷的区域，如微裂纹、褶皱、起皮等采用角磨机进行磨抛修整处理，去除复合板坯表面的微裂纹、褶皱、起皮等缺陷，确保后续轧制过程中复合板材表面质量，通过中温热轧为进一步通过热变形工艺确保复合界面的半冶金结合，待钛铜复合板冷却到室温时，采用酸洗和磨抛相结合的方式料面处理，彻底去除复合板上下钛层表面的氧化皮、凹坑、裂纹等缺陷，真空退火完全消除复合板加工变形过程的加工硬化和确保复合板材表面的光洁度和粗糙度，真空退火后冷却至室温后再进行冷轧，通过冷轧实现复合板材向特定规格尺寸要求的材料成型方法；
[0012]本申请的高精度指精确控制三层钛基复合板材的规格尺寸和复合比。
[0013]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛筒的材质为TA1、TA2、TA3或TC4，所述铜棒的材质为TU0、TU1、TU2、TU3或TAg。本专利技术适用于多种材质的钛材料和铜材料进行复合。
[0014]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛筒的外圆直径为60mm～80mm，所述钛筒的外圆直径与铜棒的直径比为4:3～1，所述钛筒和铜棒的长度均为220mm～250mm。本专利技术中，钛/铜/钛三层钛基复合板材的厚度比例取决于铜棒的直径和钛铜的壁厚，通过控制钛筒的外圆直径和钛筒的外圆直径与铜棒的直径比，对应的钛/铜/钛三层复合板材的厚度比例为1～3:2～6:1～3，此比例是高精度三层钛基复合板材实现工业化生产的最优复合比例。
[0015]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述低间隙配合指间隙不大于0.05mm。本专利技术中低间隙配合不大于0.05mm，确保高温开坯过程中钛铜复合界面由于热膨胀实现复合界面的半冶金紧密结合。
[0016]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述钛铜复合坯料一端的钛盖板中心预留直径为1mm～2mm的排气孔。本专利技术通过在钛盖板中心预留直径为1mm～2mm的排气孔，防止高温开坯过程中炸裂。
[0017]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述热压开坯的温度为850℃～900℃，保温时间为90min～120min，每火次的热压变形量不小于50％。本专利技术通过控制热压开坯的参数，是高精度三层钛基复合板材最优的控制参数，可确保目标规格高精度三层钛基复合板材的制备。
[0018]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤三和步骤四中所述磨抛修整采用千叶轮磨抛机和百洁布配合完成，磨抛修整后在高纯水中进行冲洗和晾干。
[0019]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述酸洗使用的酸洗液采用质量浓度为37％的盐酸溶液、质量浓度为99％的乙酸溶液、质量浓度为99％的异丙醇以及高纯水按照2:2:1:3的体积比配制而成。本专利技术所使用的酸洗液与传统的酸洗液相比，板材料面的腐蚀速率缓慢且可控。
[0020]上述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述冷轧在热轧复合板厚度大于2mm时采用两辊轧机，在热轧复合板厚度小于等于2mm且大于等于0.8mm时采用四辊轧机，在热轧复合板厚度小于0.8mm时采用六辊轧机，采用110N/mm2～130N/mm2的张力，以1.2m/min～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、选材：选取钛筒和铜棒；所述钛筒的内表面和铜棒的外表面的粗糙度Ra不大于3，所述铜棒外表面采用电化学沉积法进行镀镍处理，且镀镍层的厚度为3μm～5μm；步骤二、装配：将步骤一中选取的铜棒插进步骤一中选取的钛筒中，然后将钛筒的两端采用钛盖板进行氩弧焊封焊，得到钛铜复合坯料；所述钛筒的内径和铜棒的外径采用低间隙配合；步骤三、高温开坯：将步骤二中得到的钛铜复合坯料采用快锻机进行热压开坯，然后采用角磨机进行磨抛修整处理，得到钛铜复合板坯；步骤四、中温热轧：将步骤三中得到的钛铜复合板坯加热至750℃～800℃后保温90min～120min，然后采用两辊热轧机进行2火次～3火次中温热轧，再采用酸洗和磨抛修整相结合的方式进行料面处理，得到热轧复合板；所述中温热轧中每火次的热轧变形量为40％～60％；步骤五、真空退火及冷轧：将步骤四中得到的热轧复合板进行脱油脱脂，然后进行3火次真空退火和冷轧，得到三层钛基复合板材；所述真空退火的温度为700℃～750℃，时间为60min～90min，所述冷轧中每道次的变形量为3％～5％。2.根据权利要求1所述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛筒的材质为TA1、TA2、TA3或TC4，所述铜棒的材质为TU0、TU1、TU2、TU3或TAg。3.根据权利要求1所述的一种高精度三层钛基复合板材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛筒的外圆直径为60mm～80mm，所述钛筒的外圆直径与铜棒的直径比为4:3～1，所述钛筒和铜棒的长度均为220...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金文，李进，郭阳阳，张瑞刚，毛小南，
申请(专利权)人：西安瑞鑫科金属材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：