[发明专利]轻质高强度高耐腐钛/铝/钛双立爆炸焊接三层复合材料

说明书

由两次双立爆炸焊接法制备的钛/铝/钛三层复合板，先将钛板和铝板进行退火处理，退火的温度分别是650～700℃和350～500℃，退火时间均为2h。对退火后的板材表面氧化处理工艺过程后，通过间隙及炸药装配工艺过程完成基复板的装配。选用渗入石英砂的乳化炸药，并由双立爆炸焊接的下限原理确定相关静态参数，进行两次爆炸焊接。对复合板进行均匀化退火工艺处理后，通过辊式校平机进行3～5次的校平处理，再进行检验裁边，制成钛/铝/钛三层复合板。本发明所提出的钛/铝/钛三层复合板及其双立爆炸焊接制备方法，在综合了钛和铝的优异性能的同时，提高了工艺效率，仅通过两次双立爆炸便可制备出两块三层复合板，更充分利用了炸药的爆轰能量，可以于界面处产生较好的波状结合，提高金属的接触面积，进而保证了钛和铝的结合强度。

技术领域

本发明涉及一种轻质高强度高耐腐钛/铝/钛双立爆炸焊接三层复合材料，属于金属复合材料和机械制造综合技术领域。

背景技术

钛作为新型的高性能金属结构材料，具有良好的塑形和韧性以及优异的耐腐蚀性能等特点，尤其是比强度较高，所以被广泛应用于航空航天、舰船桥梁等高新技术领域，但其缺点是成本较高；铝是地壳中储量最多的一种金属元素，也是轻金属中用量最大的一种，价格低廉，且具有较优异的比强度、比弹性模量以及疲劳强度，是主要的轻量化结构材料。所以若将钛和铝相结合，制成钛/铝/钛的三层金属复合材料，其将兼有钛和铝的各项优异特性。在航空航天行业，钛/铝/钛复合板可用于制作飞机导弹点火区域的蒙皮，可防止飞机机翼由于燃料燃烧而熔化的现象产生，同时作为轻量化结构，在整体上亦不增加飞机的重量，从而很好地满足飞机的服役标准。在桥梁工程等领域，钛/铝/钛复合材料可以制作成新型便携桥，质轻且耐腐蚀性能优异，通过性能强，具有十分广阔的应用前景。

然而钛的线膨胀系数较小，相反铝的线膨胀系数较大，所以在实际结合中常出现钛合金断裂的现象。并且钛和铝都极易氧化，钛在873K时氧化生成的 TiO₂会降低焊缝的塑性和韧性；铝被氧化会形成Al₂O₃氧化膜，阻碍两种金属的结合。另外它们的熔点差距较大，铝的是933K，而钛的熔点大约是1993K。这些都是在焊接时要解决的问题。

目前制备此类金属复合板的方法主要有3种，扩散焊、钎焊以及爆炸焊接。

扩散焊：对钛与铝进行真空扩散焊，接头塑性和强度均很低，虽然无宏观变形，但其界面的力学性能较差，且对生产设备的要求也较高，关键是只能制造小面积的材料和零件。

钎焊：结合强度较低，容易出现漏焊等现象，并且也不适用于较大尺寸的复合板板的直接焊接。

爆炸焊接：几乎可以实现任何同种或者异种金属的连接，且所获得复合板材的后续加工性能好。相较而言，爆炸焊接以其较高的结合强度以及大面积的爆炸复合占据着钛/铝复合材料制造工艺的首要位置。而通过双立爆炸焊接复合法不仅可以提高工艺效率，还充分利用了炸药的爆轰能量，可以于界面处产生较好的波状结合，提高金属的接触面积。

但是爆炸焊接双面钛/铝/钛的第二次爆炸焊接会对第一次结合界面产生不利影响，同时由于复板较薄，在二次爆炸时也会使复合板产生破裂现象，因此如何控制爆炸焊接参数以及合理配置复合板的基复板材厚度比，以消除两次爆炸焊接界面的质量相互影响对复合材料的成材率具有重要影响。

发明内容

本发明在于优化双立爆炸焊接制造工艺和参数以获得一种界面结合强度高的钛/铝/钛三层金属复合材料。其特征在于：首先通过双立爆炸焊接制备钛/铝双层单面复合板，其次通过二次爆炸最终制造钛/铝/钛三层双面复合板。

钛/铝/钛三层金属复合材料的双立爆炸复合方法，主要涉及以下几个关键技术和工艺参数：

(一)爆前材料配比及其性能处理工艺

1、基复板配比