【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属层状复合材料制备，具体涉及一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板及其制备方法。
技术介绍
1、钛/铝层状复合板弥补了钛和铝的不足，兼具铝的低成本、低密度、高导热以及钛的高比强度、耐腐蚀、耐高温等优势，在航空航天、轨道交通、武器装备、海洋工程和生活用品等领域具有广阔的应用前景。
2、目前钛/铝层状复合板的制备方法主要有爆炸复合法、爆炸-轧制复合法及轧制复合法。相比爆炸及爆轧-轧制复合法，轧制复合法具有生产成本低、生产效率高、易连续化生产、对环境污染小、产品尺寸规格灵活等优点，是应用较为广泛的金属层状复合板制备方法。然而，由于钛、铝异种金属的物理、化学及力学性质相差较大，在轧制复合过程中钛层难以变形，钛层表面硬化层开裂程度较低、新鲜金属暴露率少，导致钛、铝表面的新鲜金属接触较少，钛/铝层状复合板的界面结合强度较低。为增大钛/铝层状复合板的界面结合强度，需在超过50％的大压下率或多道次轧制条件下实现复合，但同时会引起钛/铝边裂、复合板成材率低、工艺流程长、轧机负荷过高等问题。
3、为了降低钛/铝轧制复合难度，有研究者提出对钛层表面进行等离子体活化以提高钛/铝层状复合板的界面结合强度，然而该方法存在时间长、成本高、板材尺寸受限、对金属表面质量要求较高等问题，工业化应用受限。申请人等前期采用喷丸等工艺对钛层表面进行自纳米化处理，可以降低钛/铝层状复合板轧制复合的难度，但同时存在钛板翘曲变形以及表面自纳米化的均匀性无法有效控制等问题，导致钛/铝层状复合板界面性能的均匀性无法保证。
>技术实现思路
1、为此，本专利技术为解决轧制复合法制备钛/铝复合板时复合难度大、界面结合强度低等难题，将表面宏观织构加工、表面微观自纳米化与轧制复合工艺相结合，通过精确控制钛层表面织构加工的轨迹、深度、宽度和间距，在增大钛层待复合表面面积的同时，在织构底部形成具一定厚度的纳米晶硬化层，二者结合使得在轧制复合过程中钛层开裂程度增加、钛/铝异种金属结合面积增大，进而在较低压下率、较低轧制温度条件下实现钛/铝的轧制复合，提高钛/铝层状复合板的界面结合强度及其均匀性，为高性能钛/铝层状复合板的制备提供新方法。
2、根据本专利技术技术方案的第一方面，提供一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
3、步骤1：分别对钛板和铝板进行退火软化处理；
4、步骤2：在步骤1得到的钛板表面进行表面织构加工，从而在钛板表面构造具有特定深度、宽度和间距的表面织构的同时，在织构的凹槽位置形成一定厚度的纳米晶硬化层；对步骤1得到的铝板进行表面机械打磨处理；
5、步骤3：对步骤2处理后的钛板和铝板进行组坯，获得钛/铝组坯；
6、步骤4：对步骤3所述的钛/铝组坯进行轧制复合，得到钛/铝层状复合板坯；
7、步骤5：对步骤4所述的钛/铝层状复合板坯进行扩散热处理，得到高界面结合强度的钛/铝层状复合板。
8、进一步地，所述步骤2中，通过超声滚压在钛板表面构造具有特定深度、宽度和间距的表面织构，并在织构的凹槽位置形成一定厚度的纳米晶硬化层。
9、进一步地，所述步骤2中，所述超声滚压的工艺参数具体范围为：滚压头直径14mm，振幅10～50μm，扫描速度0.01～0.05m/s、预压力1～5kn、滚压间距0.1～1mm，滚压道次1～3次。
10、优选地，所述步骤2中的超声滚压的工艺参数具体为：滚压头直径14mm，振幅35μm，扫描速度0.02m/s、预压力4kn、滚压间距0.8mm，滚压道次2次。
11、这里，以上工艺参数使得能够同时得到合适深度的凹槽和适当厚度的纳米晶硬化层，二者结合实现增大钛层与铝层的接触面积，以及轧制复合过程中钛层表面硬化层周期性开裂的位置控制，提高钛/铝层状复合板界面结合性能的均匀性；并使得钛层待复合表面能够在较低压下量下开裂，增大钛、铝新鲜金属的接触面积；同时，纳米晶硬化层处于高能状态，储存的高密度的纳米晶、位错、空位等缺陷为钛/铝原子的扩散提供快速通道，可在较低温度、较短时间实现钛/铝原子的扩散，形成牢固的冶金结合。
12、需要注意的是，如果没有达到合适深度，则可能因为凹槽过深使得在后续轧制过程中钛板断裂；或因为凹槽过浅，使得钛板难以发生表层开裂，钛/铝轧制复合困难。
13、进一步地，所述步骤2中，形成的表面织构单道次形貌为弧形凹槽，凹槽深度为50～100μm，槽宽为100～1000μm，间距为100～1000μm。
14、优选地，所述步骤2中，形成的表面织构单道次形貌为弧形凹槽，凹槽深度为50μm，槽宽为900μm，间距为1000μm。
15、进一步地，所述步骤2中，织构底部的纳米晶硬化层晶粒尺寸为50～200nm，深度为1～50μm。
16、优选地，所述步骤2中，织构底部的纳米晶硬化层晶粒尺寸为150nm，深度为50μm。
17、进一步地，所述步骤4中，轧前保温为5～15min、轧制温度为250℃～400℃、单道次轧制压下率为25％～50％，轧制道次为单道次或多道次。
18、进一步地，所述步骤5中，扩散热处理的温度为350℃～500℃，扩散热处理时间为1～6h，空冷。
19、进一步地，所述钛为纯钛或钛合金，所述铝为工业纯铝或铝合金。
20、根据本专利技术技术方案的第二方面，提供一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板，其中，所述钛/铝层状复合板采用根据以上任一方面所述的制备方法制备所得。
21、本专利技术的有益效果：
22、(1)本专利技术采用超声滚压等可控加工技术，通过在钛层表面构造具有特定路径、深度、宽度和间距的宏观织构，实现对待复合表面形貌的主动调控，在增大了钛层与铝层的接触面积的同时，通过提前构造该织构结构实现轧制复合过程中钛层表面硬化层周期性开裂的位置控制，提高钛/铝层状复合板界面结合性能的均匀性。
23、(2)本专利技术通过超声滚压手段对钛层表面进行织构化预处理的过程中在表层形成了具有特定厚度的纳米晶硬化层，使得钛层待复合表面能够在较低压下量下开裂，增大钛、铝新鲜金属的接触面积；同时，纳米晶硬化层处于高能状态，储存的高密度的纳米晶、位错、空位等缺陷为钛/铝原子的扩散提供快速通道，可在较低温度、较短时间实现钛/铝原子的扩散，形成牢固的冶金结合。
24、(3)本专利技术的一种基于待复合表面织构化预处理的钛/铝层状复合板制备方法，将表面宏观织构加工、表面微观自纳米化与轧制复合工艺相结合，在空气氛围中单道次、小压下率轧制、低温短时扩散即可制备高性能的钛/铝层状复合板，可显著降低对轧机负荷、真空度等要求，具有成本低、流程短、环境污染小、节约能耗等优势。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，通过超声滚压在钛板表面构造具有特定深度、宽度和间距的表面织构，并在织构的凹槽位置形成一定厚度的纳米晶硬化层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述超声滚压的工艺参数具体范围为：滚压头直径14mm，振幅10～50μm，扫描速度0.01～0.05m/s、预压力1～5kN、滚压间距0.1～1mm，滚压道次1～3次。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述超声滚压的工艺参数具体为：滚压头直径14mm，振幅35μm，扫描速度0.02m/s、预压力4kN、滚压间距0.8mm，滚压道次2次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，形成的表面织构单道次形貌为弧形凹槽，凹槽深度为50～100μm，槽宽为100～1000μm，间距为100～1000μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，轧前保温为5～15min、轧制温度为250℃～400℃、单道次轧制压下率为25％～50％，轧制道次为单道次或多道次。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，扩散热处理的温度为350℃～500℃，扩散热处理时间为1～6h，空冷。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛为纯钛或钛合金，所述铝为工业纯铝或铝合金。
10.一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板，其特征在于，所述钛/铝层状复合板采用根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备所得。
...【技术特征摘要】
1.一种基于表面织构化预处理的钛/铝层状复合板制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，通过超声滚压在钛板表面构造具有特定深度、宽度和间距的表面织构，并在织构的凹槽位置形成一定厚度的纳米晶硬化层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述超声滚压的工艺参数具体范围为：滚压头直径14mm，振幅10～50μm，扫描速度0.01～0.05m/s、预压力1～5kn、滚压间距0.1～1mm，滚压道次1～3次。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述超声滚压的工艺参数具体为：滚压头直径14mm，振幅35μm，扫描速度0.02m/s、预压力4kn、滚压间距0.8mm，滚压道次2次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，形成的表面织构单道次形貌为弧...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟亮，刘雪峰，王文静，杨耀华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。