[發(fā)明專利]一種高耐蝕艦船用鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810794830.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108838506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周杰;史和生;楊文芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇潤(rùn)邦新材料集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): B23K20/08
• 分類號(hào): B23K20/08;B23K20/24;B23K103/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種高耐蝕艦船用鋼?鋁復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料基板為超級(jí)奧氏體不銹鋼，復(fù)板為6061鋁合金，其制備方法為爆炸焊接法。本發(fā)明通過(guò)“三層兩次”的方式，首先將過(guò)渡層純鈦板與基材超級(jí)奧氏體不銹鋼進(jìn)行爆炸復(fù)合后，再與復(fù)材6061鋁合金爆炸復(fù)合。本發(fā)明規(guī)范了復(fù)板、過(guò)渡層和基板尺寸以及兩次爆炸時(shí)的炸藥用量，目的是確保兩次爆炸焊接后能夠獲得復(fù)合率＞99％鋼?鋁復(fù)合材料。同時(shí)，為了節(jié)約炸藥和降低爆速，本發(fā)明在乳化炸藥中加入石英砂，配比為1∶1。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法制備出的鋼?鋁復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高耐蝕以及輕量化等特點(diǎn)，在船舶艦艇等軍事設(shè)備上具有廣闊的運(yùn)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及到一種以高強(qiáng)度6061鋁合金為復(fù)材，高耐蝕的超級(jí)奧氏體不銹鋼為基材的艦船用鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

船舶鋼特指航行的船舶的船體結(jié)構(gòu)工程鋼，主要為板材。船舶鋼要求具有較高的強(qiáng)度和韌性以及優(yōu)秀的耐海水腐蝕性能。目前常用的船舶鋼有16Mn、15MnTi等，這些鋼材雖然價(jià)格便宜，但其耐腐蝕性能不佳，縮短了艦船的使用壽命，危及艦船的使用安全。而諸如牌號(hào)為HS130等的高強(qiáng)度高耐蝕的合金鋼制作成本又相對(duì)昂貴，難以大規(guī)模運(yùn)用在普通船舶上。為了解決上述船舶用鋼的難題，開(kāi)發(fā)出一種以高強(qiáng)度鋁合金為復(fù)板，高耐蝕鋼材為基板的新型鋼-鋁復(fù)合材料來(lái)滿足生產(chǎn)應(yīng)用是十分必要的。其中6061鋁合金密度約為2.75g/cm³，不僅強(qiáng)度高韌性好，而且具有優(yōu)良的加工性能、焊接性能和抗腐蝕性能，綜合性能優(yōu)異，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域；而超級(jí)奧氏體不銹鋼是一種含高Ni、高Cr和高M(jìn)o的高合金不銹鋼，具有極佳的耐腐蝕性能，可以應(yīng)用在發(fā)電廠煙氣脫硫裝置、海水淡化處理設(shè)備、熱交換器等極其惡劣的工作環(huán)境下。因此這種新型鋼-鋁復(fù)合材料與16Mn、15MnTi等船舶鋼相比，具有高強(qiáng)度、高耐蝕和輕量化等特性，在艦艇船舶等軍事領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

爆炸焊接是指通過(guò)炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大能量，使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而使兩種或兩種以上物理性能差別較大的金屬焊接在一起，甚至能夠?qū)饘俸头墙饘偌M(jìn)行焊接。爆炸焊接理論最早誕生于上世紀(jì)40年代，如今經(jīng)過(guò)近80年的發(fā)展，其理論研究已經(jīng)相對(duì)成熟，同時(shí)應(yīng)用范圍也在不斷地拓廣，尤其是在石油化工、航空航天等領(lǐng)域顯示出不可替代的作用。然而按照現(xiàn)行的爆炸焊接工藝，在爆炸焊接過(guò)程中易出現(xiàn)局部未焊合、復(fù)板表面灼傷和斷裂等問(wèn)題，難以制造出高質(zhì)量的以6061鋁合金為復(fù)材的鋼-鋁復(fù)合材料。

綜上所述，開(kāi)發(fā)出一種新型艦船用鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的長(zhǎng)期技術(shù)訴求。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種新型艦船用鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法。

根據(jù)Fe-Al二元相圖可以看出，在爆炸焊接過(guò)程中鋼板和鋁板之間將會(huì)生成FeAl₃等脆性金屬間化合物，影響界面之間的結(jié)合強(qiáng)度。因此在鋼-鋁復(fù)合板中間需要添加過(guò)渡層，而選擇過(guò)渡層最基本原則就是過(guò)渡層不能與兩側(cè)金屬產(chǎn)生脆性金屬間化合物。從Fe-Ti和Al-Ti二元相圖可知，Ti和Fe、Al之間的固溶性較大，因此本發(fā)明采用Ti作為中間過(guò)渡層。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種高耐蝕艦船用鋼-鋁復(fù)合材料及其制備方法，具體包括如下步驟：

(1)表面處理：將基材超級(jí)奧氏體不銹鋼、過(guò)渡層純鈦板和復(fù)材6061鋁合金待復(fù)合表面打磨干凈，除去表面氧化皮；

(2)第一次爆炸焊接：首先將過(guò)渡層純鈦板、基材超級(jí)奧氏體不銹鋼和墊板(普通碳鋼)按從上而下的順序擺放在焊接平臺(tái)上，并將基材與墊板之間接觸的四個(gè)角焊好，避免爆炸焊接過(guò)程中墊板發(fā)生位移，而過(guò)渡層與基材之間通過(guò)支撐物隔開(kāi)，然后在過(guò)渡層表面涂刷一層黃油并鋪放炸藥和石英砂的混合物，利用雷管引爆，通過(guò)爆炸焊接后形成兩層復(fù)合板；