一种大厚比镁/钛复合板及梯度异温轧制复合方法技术

本发明专利技术公开了一种大厚比镁/钛复合板及梯度异温轧制复合方法，涉及复合板材的轧制技术领域。方法包括以下步骤：按钛带、过渡层箔材和镁合金板的顺序组坯，得到复合坯料；对所述复合坯料的钛带一侧进行感应加热处理后，轧制，将轧制后的复合板坯进行热处理，得到所述大厚比镁/钛复合板；所述镁合金板与钛带的厚度比大于等于20：1。本发明专利技术面向对密度和综合性能要求苛刻的空间站、卫星、天地往返飞行器等航天飞行器关键零部件的需求，将大厚度镁合金作为基层，极薄的钛合金作为覆层，开发一种大厚比镁/钛复合板（镁/钛厚比20:1及以上）产品，在近乎不损失镁合金面密度的前提下拥有钛合金优异的抗腐蚀性能和表层强韧性。异的抗腐蚀性能和表层强韧性。异的抗腐蚀性能和表层强韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种大厚比镁/钛复合板及梯度异温轧制复合方法


[0001]本专利技术涉及复合板材的轧制
，特别是涉及一种大厚比镁/钛复合板及梯度异温轧制复合方法。

技术介绍

[0002]镁及镁合金是一种具有低密度、高比强度和比刚度等优异金属性能的结构材料，是目前实现工程应用的最轻的金属结构材料，但是在常温条件下塑性变形协调性差以及耐腐蚀性差的缺点制约了镁及镁合金的进一步应用。钛作为新一代“太空金属”和“海洋金属”，具有优异的比强度、抗氧化性和耐蚀性。因此，以极薄钛及钛合金带材作为覆层、大厚度的镁合金板作为基层，制备而成的大厚度比镁钛复合板可以在近乎不损失板材面密度的前提下获得良好的耐蚀性和表面强度，在对材料密度和综合性能要求极为苛刻的航空航天领域极具应用前景。
[0003]目前，镁/钛复合板材的制备方法主要有爆炸焊接法、扩散焊和轧制复合法等。爆炸焊接法是以镁合金为基板、钛板为覆板和铝合金板为过渡板三层板材利用爆炸产生的爆轰波，使三层金属板接触面发生高速碰撞，从而使材料一次复合成形。但是爆炸焊接易产生局部未焊合，在覆板较厚时特别易出现在边界区，同时在镁/铝的结合面产生局部熔化区，主要成分为硬、脆的镁铝金属间化合物，降低了镁/钛复合板材的结合强度。另外爆炸焊接还易产生基板或覆板的烧伤、压痕、撕裂等一系列问题。扩散焊是在一定温度和压力下将钛、铝合金和镁合金板材表面相互接触，通过微观塑性变形或通过焊接面产生微量液相而扩大待焊表面的物理接触，再经过较长时间的不断扩散、相互渗透，来实现镁/钛板材复合的一种制备方法。鉴于钛、镁两种元素间固溶度较低且无金属间化合物相，直接固态扩散复合所需的时间较长，产品的尺寸和形状也受到限制，不适用于工业大规模生产。轧制复合法是使用轧机将镁合金板和钛板轧制成镁/钛复合板，然而两种金属材料不易相互固溶，钛带和大厚度镁及镁合金板直接复合时在结合面不会产生金属间化合物，原子间的相互扩散程度低，导致结合界面稳定性和力学性能低，直接轧制复合时需要大的压下量，而大厚度镁及镁合金板与钛带（钛箔）具有较大的塑性变形差异，使得钛带的变形量远小于大厚度镁及镁合金板，大压下量下复合轧制时，板坯总变形量主要集中于大厚度镁及镁合金板材，变形的极不协调导致钛带被压碎、结合界面稳定性差，易发生板材开裂而无法轧制复合的现象。
[0004]综上所述，大厚比镁/钛复合板现有制备方法均存在不同程度的缺陷。

技术实现思路

[0005]基于上述内容，本专利技术提供一种大厚比镁/钛复合板及梯度异温轧制复合方法，采用本专利技术方法制备的大厚比镁/钛复合板结合界面稳定性和力学性能好，组织成分均匀，复合板坯的表面质量良好。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术技术方案之一，一种大厚比镁/钛复合板的制备方法，包括以下步骤：
按钛带、过渡层箔材和镁合金板的顺序组坯，得到复合坯料；对所述复合坯料的钛带一侧进行感应加热处理后，轧制，将轧制后的复合板坯进行热处理，得到所述大厚比镁/钛复合板；所述镁合金板与钛带的厚度比大于等于20：1。
[0007]进一步地，钛带、过渡层箔材和镁合金板在组坯前分别进行退火处理，具体为：钛带在900
‑
1000℃保温60
‑
90min；过渡层箔材在300
‑
400℃保温5
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15min；镁合金板在300
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400℃保温30
‑
60min；退火处理的气氛为0.95
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1MPa氩气气氛，氩气的质量纯度为99.99%；进行退火处理的目的是降低生产钛带、过渡层箔材和镁合金板中所产生的残余应力，减少裂纹倾向，细化晶粒，消除组织缺陷。然后将热处理后的板坯进行组合，保证大厚比镁/钛复合板的复合质量。
[0008]钛带、过渡层箔材和镁合金板在退火处理后还包括进行表面处理去除氧化层的步骤；通过使用旋转钢丝法沿轧制方向进行适当打磨去除氧化层，使接触面的粗糙度达到Ra1.6
‑
Ra0.8。
[0009]所述过渡层箔材为铝箔、锌箔或者铝锌合金箔材。
[0010]进一步地，所述感应加热具体为：感应加热线圈置于所述复合坯料的钛带一侧，使感应线圈与复合坯料平行，调整线圈与复合坯料的距离为3
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10mm，设置加热温度为400
‑
600℃加热复合坯料15
‑
150s。感应加热的电源的频率为500
‑
3000Hz，电流密度设置为10
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90e5A/m2。
[0011]此处感应加热参数主要影响加热区域的温度、深度和温度均匀性。设置参数低于上述记载的范围，会造成复合板坯温度不能达到复合温度，造成结合界面性能不稳定，如果温度过低，由于钛带与大厚度镁熔点相差很大，硬度不同，钛带在复合轧制中被压碎；参数高于上述记载的范围，会导致温度分布均匀性差，区域温度过高造成过烧。
[0012]感应线圈平面螺旋式的矩形或圆形中空结构，可通入冷却水，避免感应线圈温度过高而烧坏。
[0013]进一步地，所述轧制压下量为15
‑
20%，轧制速度为0.5
‑
1.0m/s。
[0014]大厚度镁板（镁合金板）和钛带厚度相差过大，轧制压下量过大会导致板坯压下量不协调，即大厚度镁板压下量远大于钛带，且位置偏离结合界面。轧制压下量太大比如25%及以上会导致钛带碎裂，而轧制压下量太小又会导致钛带无法与镁板复合。
[0015]轧制速度要配合复合板坯的感应加热温升速度，不宜过快，以0.5
‑
1m/s为宜。轧制速度过快导致轧制过程力能负荷增加、复合板坯结合界面质量降低；轧制速度过慢将导致板坯温降增大、轧制过程力能负荷增加，最终影响复合板坯界面结合质量。
[0016]进一步地，所述热处理具体为在400
‑
500℃保温60
‑
90min；热处理的气氛为0.95
‑
1MPa氩气气氛，氩气的质量纯度为99.99%。
[0017]热处理温度温度过低，难以达到促进元素扩散、提高结合强度的效果；热处理温度过高则会导致元素扩散加剧，在复合界面处产生过厚的金属间化合物层恶化结合性能，同时造成基体组织粗化，降低其综合力学性能。因此，本专利技术优选的，限定热处理温度为400
‑
500℃。
[0018]进一步地，所述镁合金板的厚度为8
‑
20mm，所述钛带的厚度为0.1
‑
0.3mm，所述过渡层箔材的厚度为0.02
‑
0.1mm。
[0019]进一步地，所述镁合金板选自AZ31、AZ61和AZ80中的一种，所述铝箔选自AA1100、AA6061和AA7075中的一种，所述钛带选自TA1、TA2、TC4、TC6和TC10中的一种。
[0020]本专利技术技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的大厚比镁/钛复合板。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大厚比镁/钛复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按钛带、过渡层箔材和镁合金板的顺序组坯，得到复合坯料；对所述复合坯料的钛带一侧进行感应加热处理后，轧制，将轧制后的复合板坯进行热处理，得到所述大厚比镁/钛复合板；所述镁合金板与钛带的厚度比大于等于20：1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钛带、过渡层箔材和镁合金板在组坯前分别进行退火处理，具体为：钛带在900
‑
1000℃保温60
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90min；过渡层箔材在300
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400℃保温5
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15min；镁合金板在300
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400℃保温30
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60min；钛带、过渡层箔材和镁合金板在退火处理后还包括进行表面处理去除氧化层的步骤；所述过渡层箔材为铝箔、锌箔或者铝锌合金箔材。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述感应加热具体为：感应加热线圈置于所述复合坯料的钛带一侧，使感应线圈与复合坯料平行，调整线圈与复合坯料的距离为3
‑
10mm，设置加热温度为400
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600℃加热复合坯料15
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150s。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轧制压下量为15
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20%，轧制速度为0.5
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1.0m/s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建超，张帅帅，卫俊鑫，王昊，高天宝，王庭辉，高利涛，贾燚，王涛，
申请(专利权)人：海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院，
类型：发明
国别省市：