[發(fā)明專利]一種用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的中間合金及復(fù)合工藝

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110936680A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 師紅旗;簡東慧;湯蔥蔥;丁毅;沈曉冬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B37/02;B32B37/06;B32B37/08;B32B37/14;B32B38/00;B32B38/16;B32B38/18;C22C30/02;C22C30/06
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本發(fā)明公開了一種用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的中間合金及復(fù)合工藝，該復(fù)合材料由鈦、碳鋼和中間合金復(fù)合而成。中間合金采用高熵合金，高熵合金由以下五種金屬元素按原子百分比組成，Ga：5?35％，Cu：5?35％，Zn：5?35％，Mn：5％?35％，F(xiàn)e：5％?35％，采用機(jī)械合金化的方法制備。本發(fā)明的中間合金制備方法簡單，復(fù)合溫度低，適應(yīng)性廣，得到的鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合材料冶金結(jié)合強(qiáng)度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合工藝及中間的高熵合金材料。

背景技術(shù)

以鈦或鈦合金為覆材，碳鋼為基材的鈦/碳鋼復(fù)合板，不僅具備覆層材料的耐蝕性，同時還具備基層材料的高強(qiáng)度，減少貴重金屬鈦的使用量，同時降低了材料的生產(chǎn)成本，在海洋工程材料及化工行業(yè)都有應(yīng)用需求。在海洋工程中，鈦/碳鋼復(fù)合板能很好地滿足海洋環(huán)境下的耐蝕要求，日本跨海大橋?qū)⑩?碳鋼復(fù)合板應(yīng)用到橋柱飛濺區(qū)。在火力發(fā)電站煙囪、衛(wèi)星燃料噴注器、石油化工電解槽、海水淡化熱交換器等領(lǐng)域均采用鈦/碳鋼復(fù)合板。隨著各領(lǐng)域?qū)︹?碳鋼復(fù)合板需求量的不斷提升，制備結(jié)合強(qiáng)度高、深加工性能良好的鈦/碳鋼復(fù)合板具有較大的應(yīng)用價值。

目前，國內(nèi)主要采用爆炸復(fù)合法生產(chǎn)鈦/碳鋼復(fù)合板，其工藝流程相對簡單，但爆炸復(fù)合法存在生產(chǎn)效率低、復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度不高、結(jié)合強(qiáng)度不均勻等缺點(diǎn)。同時，在高速爆炸的撞擊下界面易產(chǎn)生液相的快速凝固，導(dǎo)致縮孔、裂紋和氣孔等界面缺陷，使其無法生產(chǎn)厚度較薄、寬幅較大的鈦/碳鋼復(fù)合板。采用中間合金復(fù)合技術(shù)，可將強(qiáng)度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)差異較大的金屬冶金結(jié)合，形成金屬層狀復(fù)合板，使其具有不同金屬的優(yōu)異性能，滿足不同環(huán)境的要求。

由于高熵效應(yīng)、原子遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)的綜合作用，高熵合金更傾向于形成面心立方(FCC)、體心立方(BCC)或密排六方(HCP)等簡單固溶體結(jié)構(gòu)，高熵效應(yīng)能有效抑制金屬間化合物的形成，這些特點(diǎn)為提高鈦/碳鋼復(fù)合板的結(jié)合性能提供了新的可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的中間合金及復(fù)合工藝，解決了目前常用的爆炸復(fù)合法存在的生產(chǎn)效率低、復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度不高、結(jié)合強(qiáng)度不均勻等缺點(diǎn)

用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的中間合金為高熵合金，由以下五種組分按原子百分比組成，Ga：5-35％，Cu：5-35％，Zn：5-35％，Mn：5％-35％，F(xiàn)e：5％-35％。

所述中間合金用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的工藝，由如下步驟組成：

步驟一：中間合金的制備：按照百分比稱取高純金屬粉末，通過機(jī)械合金化制備中間合金；

步驟二：母材的準(zhǔn)備：將鈦和碳鋼的表面進(jìn)行機(jī)械打磨并清洗，去除表面的油污和雜質(zhì)；

步驟三：釬焊：將中間合金釬料放在鈦板和碳鋼板之間，并用夾具固定，放置在氬氣氣氛中，加熱至900-1100℃進(jìn)行釬焊，保溫1-2h，焊后繼續(xù)通入氬氣，直至冷卻至300℃，取出后松開固定裝置即得到鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合材料。

所述機(jī)械合金化為：將稱量好的金屬粉末放入行星式球磨機(jī)的真空球磨罐中，并加入研磨球和正庚烷；球磨罐抽真空后充入氬氣，然后安裝在行星式球磨機(jī)上，球磨完成后將合金粉末真空烘干得到中間合金釬料；

所述的研磨球與金屬粉的球料比為15∶1，正庚烷的質(zhì)量占球料總質(zhì)量的10％-20％。

所述球磨轉(zhuǎn)速為300-500r/min，時間為45-72h。

本發(fā)明的有益效果是，用于鈦/碳鋼雙金屬復(fù)合的中間合金為高熵合金，用于鈦和碳鋼的復(fù)合時復(fù)合溫度較低，不易形成脆性金屬間化合物，結(jié)合強(qiáng)度較高；復(fù)合工藝簡單，中間合金成分范圍寬泛，對不同牌號的鈦和碳鋼的適應(yīng)性好，便于推廣。

附圖說明

圖1為鈦與碳鋼雙金屬復(fù)合夾具示意圖；