一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，所述屏蔽型复合板包括钽或钽合金作为高Z金属相，镁或镁合金作为低Z金属相。本发明专利技术公开的镁/钽复合板制备方法包括以下步骤：(1)对钽板和镁板分别进行退火处理；(2)对退火后板材进行表面处理，去除表面的氧化层、杂质和油污；(3)将上一步骤得到的板材进行堆叠，随后放入包套中抽真空、封焊，制成板坯；(4)将组装好的板坯入炉加热保温，送入轧机进行轧制，空冷后去除包套，得到镁/钽双金属多层复合板。本发明专利技术通过轧制的方式将镁(镁合金)和钽(钽合金)两种材料进行整体复合，制备方法简单、成本低、易于工业化生产，可以替代传统的抗电子辐射屏蔽材料。

【技术实现步骤摘要】
一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法
本专利技术涉及有色金属材料
，具体涉及一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法。
技术介绍
复杂空间辐射环境中的高能电子穿透力极强，容易引发空间电子辐射效应，对航天器内的器件造成电离损伤，危害极大。为保证航天器在空间中的正常工作，对某些辐射敏感器件进行抗电子辐射防护十分重要。抗电子辐射防护的设计主要基于电子与物质的三种作用过程：(1)电子-电子非弹性散射，低Z(原子序数)材料发生非弹性散射的效果优于高Z材料；(2)电子-原子核弹性散射，高Z材料发生弹性散射的效果优于低Z材料；(3)高Z材料被辐射后有一定几率释放轫致辐射光子。综上，采用‘低Z/高Z’双层结构或‘低Z/高Z/低Z’三层结构的多层屏蔽设计，可以有效地降低电子运动速度、阻碍电子透过，屏蔽效率优于单一材料。然而，基于较大的性质差异梯度，以往低Z材料(Mg、Al)和高Z材料(Ta、W)之间的结合形式存在较大的局限性，主要通过高分子材料的辅助来实现。例如，采用耐放射性较好的高分析聚合物作为粘结剂将低Z与高Z块体材料进行结合(徐加强,王传珊.空间电子辐照下半导体器件的抗辐射屏蔽优化[J].上海大学学报(自然科学版),2003(03):259-262.)；或将高Z材料粉体与高分子材料均匀混合制成涂料，随后涂覆与低Z材料表面(查元梓,罗文芸,王朝壮,徐加强,王传珊.飞行器的抗辐射屏蔽方法研究[J].辐射研究与辐射工艺学报,2006(04):205-208.)。使用高分子材料辅助制备的低Z/高Z多层复合材料存在明显的缺点：1)长期服役后，高分子材料易老化，从而造成整体结构稳定性下降；2)整体机械性能表现较差。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种功能/结构一体化的屏蔽型镁钽双金属多层复合板的制备方法，以满足空间防护屏蔽的要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：(1)初始板材退火：将钽板放入真空退火炉中进行真空退火处理，退火保温结束后随炉冷却至室温后取出；将镁板放入加热炉中进行退火处理，退火保温结束后直接从加热炉中取出冷却至室温；(2)表面处理：经将步骤(1)得到的钽板和镁板的表面进行打磨，去除表面的氧化皮、杂质，随后除去油污；(3)板坯组装：将经步骤(2)得到的钽板和镁板进行堆叠，放入包套中进行抽真空、封焊，制成板坯；(4)热轧复合：将经步骤(3)得到的板坯放入加热炉内进行加热、保温；保温结束后将板坯从炉中取出并立即送入轧机进行单道次轧制复合；(5)将经步骤(4)得到的板坯在空气中自然冷却至室温，去除包套，最终得到镁钽多层复合板。进一步地，所述步骤(1)中钽板选自纯钽或钽钨合金，所述钽钨合金为Ta-2.5W(即按质量百分比计为97.5％Ta、2.5％W)、Ta-7.5W(即按质量百分比计为92.5％Ta、7.5％W)、Ta-10W(即按质量百分比计为90％Ta、10％W)中的一种，所述纯钽或者钽钨合金中不可避免的杂质总量小于0.5％，厚度为0.1-3.5mm。进一步地，所述步骤(1)中镁板选自纯镁或镁合金，所述镁合金为Mg-aLi-bAl-cZn合金、Mg-dAl-eZn合金、Mg-fZn-gMn合金中的一种；其中，Mg-aLi-bAl-cZn合金中a＝4.0～15.0、b＝0.5～6.0、c＝0.2～3.0(即按质量百分比计包括4.0～15.0％Li、0.5～6.0％Al、0.2～3.0％Zn)；Mg-dAl-eZn合金中d＝2.0～9.5、e＝0.4～1.5(即按质量百分比计包括2.0～9.5％Al、0.4～1.5％Zn)；Mg-fZn-gMn合金中f＝1.0～9.0、g＝0.2～1.0(即按质量百分比计包括1.0～9.0％Zn、0.2～1.0％Mn)；所述纯镁或者镁合金中不可避免的杂质总量小于0.3％，厚度为0.5-5.0mm。进一步地，所述步骤(1)中钽板的真空退火温度为950℃-1550℃，保温时间1-4h，真空度≤1.0×10-3pa；镁板的退火温度为250℃-460℃，保温时间0.5-3h。进一步地，所述步骤(2)中镁板的表面打磨方式为细砂纸打磨，钽板的打磨方式为不锈钢钢丝刷打磨，除油方式为丙酮清洗、烘干。进一步地，所述步骤(3)中堆叠形式为镁/钽双层的堆叠结构形式或镁/钽/镁三层的堆叠结构形式；包套材质为纯Al，内部涂有氮化硼隔离剂；包套内部真空度低于1×10-2pa后对其进行封焊。进一步地，所述步骤(4)中热轧：板坯的加热温度为250℃-500℃，保温时间为10-60min；轧制采用双辊轧机或四辊轧机，单道次轧制的压下量为板坯厚度的25％-70％，应变速率为3.5-9.5s-1。本专利技术采用的轧制复合法可以实现异种金属复合板材的制备，工艺流程简易，可实现规模化生产；轧制复合板界面通常为物理机械结合或冶金结合，界面结合紧密，整体强度可以达到强度较低的母材强度。选材方面，镁的Z值低，电子减速能力好，密度比铝更低，比强度高，可以进行热塑性加工；钽的Z值高，可以有效阻止电子透过，富有延展性，热膨胀系数极低，耐腐蚀性能好。采用轧制复合方法制备屏蔽型镁钽双金属复合板，可以满足空间抗辐射加固一体化的需要。本专利技术的有益技术效果：(a)本专利技术通过轧制方法将镁、钽两种性质差异极大的金属复合到一起，突破了以往低Z/高Z材料结合方式的局限性，复合板材整体具有较好的机械性能表现。(b)本专利技术中，低Z材料选取了纯镁及多种镁合金，高Z材料选取了纯钽及多种钽合金；不同低Z/高Z复合板的塑性变形工艺存在较大差异，本专利技术针对低Z/高Z复合板进行了塑性变形的工艺探索，最终获得了多型号、多规格的镁钽双金属复合板。(c)本专利技术中，采用双辊或四辊轧机对镁钽复合板进行轧制复合，由于两类材料之间的塑性变形能力存在明显差异，因此在变形过程中将会产生明显的‘锯齿状’界面物理结合，‘锯齿状’的界面结合形式有利于界面之间的牢固结合，有益于复合板的整体力学性能。本专利技术基于空间抗电子辐射的特殊需求，通过轧制复合的方式实现了镁/钽双金属复合板的制备，突破了以往低Z材料和高Z材料之间结合方式的局限性；制备方法简单、效率高、易于工业化生产；与传统空间抗电子辐射相比，本专利技术制得的双金属复合板实现了空间防护屏蔽材料的功能/结构一体化，能够在更严苛的空间环境下应用。附图说明图1为双层镁/钽轧制复合板的轧向-法向截面的SEM形貌；图2为三层镁/钽/镁轧制复合板的轧向-法向截面的SEM形貌；图3为镁-钽界面的EDS线扫描分析结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。实施例1选取厚度为2.5mm的纯钽和厚度为4.0mm的Mg-5Zn-1Mn镁合金，以上纯钽/镁合金中不可避免的杂质总量小于0.3％。屏蔽型镁钽双金属复合板的制备方法包括以下步骤：(a)初始板材退火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n(1)初始板材退火：将钽板进行真空退火处理，退火保温后随炉冷却至室温后取出；将镁板进行退火处理，退火保温后取出冷却至室温；/n(2)表面处理：经将步骤(1)得到的钽板和镁板的表面进行打磨，随后除去油污；/n(3)板坯组装：将经步骤(2)得到的钽板和镁板进行堆叠，放入包套中进行抽真空、封焊，制成板坯；/n(4)热轧复合：将经步骤(3)得到的板坯进行加热、保温；保温结束后进行单道次轧制复合；/n(5)将经步骤(4)得到的板坯空冷至室温，去除包套，得到镁钽多层复合板。/n

【技术特征摘要】
1.一种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)初始板材退火：将钽板进行真空退火处理，退火保温后随炉冷却至室温后取出；将镁板进行退火处理，退火保温后取出冷却至室温；
(2)表面处理：经将步骤(1)得到的钽板和镁板的表面进行打磨，随后除去油污；
(3)板坯组装：将经步骤(2)得到的钽板和镁板进行堆叠，放入包套中进行抽真空、封焊，制成板坯；
(4)热轧复合：将经步骤(3)得到的板坯进行加热、保温；保温结束后进行单道次轧制复合；
(5)将经步骤(4)得到的板坯空冷至室温，去除包套，得到镁钽多层复合板。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钽板选自纯钽或钽钨合金，所述钽钨合金为Ta-2.5W、Ta-7.5W、Ta-10W中的一种，所述纯钽或者钽钨合金中不可避免的杂质总量小于0.5％，厚度为0.1-3.5mm。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中镁板选自纯镁或镁合金，所述镁合金为Mg-aLi-bAl-cZn合金、Mg-dAl-eZn合金、Mg-fZn-gMn合金中的一种；其中，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕政，马书旺，王健，杨剑，毛昌辉，梁秋实，戴赫，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11