[发明专利]一种高温扭转制备多层金属复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种高温扭转制备多层金属复合材料的制备方法。本发明首先选取变形抗力不同的金属A和金属B，将金属A和金属B进行交替堆叠，其中，中心层金属为变形抗力较高的金属B，堆叠试样的起始层和终止层均为变形抗力较低的金属A，金属A和金属B的厚度控制在为1.5～3mm；然后将试样放置在安装有加热炉的扭转试验机上，对试样进行加热处理，当温度达到设定值时，保温5～15min后，对堆叠试样以30～120r/min的速度扭转180～2160°。本发明设计合理，制备工艺简单可控，复合的成品率高，所得复合材料的抗拉高度高、伸长率高和复合界面结合优良。

技术领域

本发明涉及一种新型多层金属材料复合工艺，具体是指一种高温扭转制备多层金属复合材料的方法，属于多层金属材料制备技术领域。

背景技术

随着现代工业和科学技术的的不断发展和进步，由单一的金属或合金制成的金属材料因其受材料本身固有属性的限制，越来越难以胜任极端环境的要求，因而新型金属复合材料越来越受到各行各业的重视。金属复合材料是指由两种及两种以上的金属，通过物理或化学的方法组合为一种具有多组元的金属材料。该材料不仅具有单一组元金属的优良性能，同时还可兼具各组元的优异性能特点而表现出较强的综合性能。目前，金属复合材料已经在航空、航天、交通运输等领域得到广泛的应用。

当前，传统金属层状复合材料的制备主要通过将不同金属材料通过塑性变形的方式使之相互结合，其中以轧制复合和挤压复合较为普遍的。轧制复合是一种将具有不同属性的两种或多种层状金属通过轧制力使各组元金属牢固结合的一种传统复合工艺。轧制复合对轧机质量要求高，工序复杂，轧制后复合板中存在较大残余应力，容易出现裂边现象，因此成品率较低；挤压复合是对放于挤压筒中的金属材料一端通过挤压杆施加压力，使得坯料在密闭的挤压筒空间内发生变形，从而使之通过挤压模孔成型的一种压力加工工艺。其可以减少了材料组织中的缺陷，提高了致密性。众所周知，轧制复合和挤压复合是通过控制应力使不同种类的金属材料复合在一起的，然而在金属复合过程中，由于不同金属组元间的塑性变形抗力差异较大，在轧制或挤压复合成型过程中金属组元间的变形主要集中在变形抗力较小的组元中，而变形抗力较大的金属组元则变形程度很小。这导致整个金属复合材料变形十分不均匀并存在较大的界面应力，因此在成形过程成品率不高，易发生变形失稳、开裂等现象；此外，在轧制复合和挤压复合过程中，构件整体变形的时间较短，应力与热对构件的共同作用时间不长，金属组元间的界面结合一般要以简单的机械咬合为主，各组元间界面结合较弱。

作为结构材料，金属复合材料因具优良的力学性能而被各行各业所广泛应用。强度和伸长率是金属复合材料在工程应用中的两个重要力学性能指标。如果同时兼具优良强度和伸长率，复合材料则具有很好的抵抗外力破坏的能力，从而具有较高的安全使用寿命。

为了同时提升金属复合材料的伸长率和强度，本发明首次提出一种新的复合工艺--高温扭转复合工艺。在扭转应变作用下，即便变形抗力相差较大的金属组元仍然能够保持较好的变形均匀性，从而解决复合材料变形不均匀的问题；同时，在扭转过程中，由于应变速率容易得到均匀地控制，致使扭转复合材料的成品率较高；此外，由于扭转复合时，金属组元受高温和应变的同时作用时间较长，各金属组元在力和热的共同作用下扩散速率较快，使得各金属组元之间的界面结合效果得到明显提高。实验证实，通过控制扭转变形的角度可以实现复合材料对伸长率和强度的需求，在较小的扭转角度下，复合材料具有较高的强度；随着扭转角度的增加，复合材料的伸长率有明显的提升。该工艺制备的复合材料的伸长率能达到90％以上；另外，该工艺的可控性较高，能很好的制备出多种金属板材材料，其成品率可高达98％以上。

因此，本发明提供一种高温扭转制备多层复合材料的方法为制备高品质多层复合金属材料提供了一种全新的方式。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明首次提出一种高温扭转工艺制备多层金属复合材料制备方法及所用装置。

本发明的目的还在于提供由上述制备方法制备得到多层金属复合材料。