[发明专利]一种轻质高强Mg-Ta复合金属板材及其室温轧制成形方法

说明书

本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种轻质高强Mg‑Ta复合金属板材，并进一步公开其室温轧制制备方法。本发明所述轻质高强Mg‑Ta复合金属板材，通过在镁合金板和钽金属板之间增加轻质金属轧制纯铝中间层，并辅以轧制道次之间的低温退火处理和高温扩散连接处理，使得镁、钽金属异种金属之间形成兼具机械连接和冶金结合的高强度界面，成功制备出具有轻质、高强度镁‑钽复合金属板材，为轻质结构材料与重金属材料之间的室温成形提供新的思路，同时对于深空探测航天器结构技术水平的提升具有积极的意义。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种轻质高强Mg-Ta复合金属板材，并进一步公开其室温轧制成形方法。

背景技术

随着我国航天技术的发展，由传统的航天大国向着航天强国迈进，深空探测是实现我国航天转型的重要的支撑之一。深空探测即为从地球发射载人/无人航天器进入太空，对遥远的地外星体进行科学考察和空间利用。为此，基于目前我国现有的运载和深空航天器的技术水平，无法成功的实现将一些多功能的载荷顺利送达预定的轨道，因此，必须对航天器的结构进行一定程度的减重，而选用轻质材料是航天器结构减重的主要途径之一。

另外，对于后续我国的深空探测来说，某些特殊的星体因其周围环绕的非常强的电磁环境，而电磁环境可以俘获更高能量的粒子，高能粒子对于航天器设备是致命的存在，其能够有效地损伤设备的运行从而导致任务的失败。因此，各国对于该星体的深空探测均将高能粒子的防护作为结构设计的关键技术。基于此，目前国外的相关探测均采用密度较大的重金属进行相应的结构制备，通过重金属较强的韧致反射和散射等屏蔽强大的磁场和高能粒子对电子设备的影响。如美国采用钛合金制备该屏蔽结构、欧洲采用纯钽制备该屏蔽结构，整个结构重量不小于180kg，而对于目前我国的运载能力来说，无法满足完全采用密度较大的重金属制备的航天器结构的发射要求。为此，需创新性地开展轻质合金(Mg合金)与重金属(纯Ta)合金复合材料的研究与研制，以期该材料/结构既能满足空间轨道屏蔽高能力子的要求，同时可以满足结构轻量化的要求，助力我国新型航天器的结构研制。

但是，对于轻质Mg合金和纯Ta两种材料来说，由于二者异种金属熔点悬殊(钽的熔点约为2995℃、镁的熔点约650℃)、晶格结构相异(钽为BCC、镁HCP)等本质属性的差别，极易在累积叠轧过程中界面变形不协调、热物理性能不匹配等引起界面不结合、叠轧变形量不够、板材过早开裂等问题。而且，二者的互溶度非常小(＜0.1％wt)，如图1所示的Mg-Ta二元相图显示，在650℃以下镁、钽两种元素之间无论采用何种比例都不会发生元素间的扩散，导致单纯的Mg和Ta无法形成一定深度的冶金结合界面，这些均造成了Mg/Ta复合板材室温轧制成形的技术瓶颈。为此，本专利提出了异种新型的增加纯铝中间层的镁/钽复合板材的室温轧制方法，目前在该方向的研究国内外鲜有相关报道。

目前，国内在Mg/Ta的轧制成型方面，如中国专利CN112742870A公开的异种屏蔽型镁钽多层复合板的制备方法，其在Mg/Ta的轧制成型时，采用包套方式进行镁合金和纯钽的热轧成形，虽可以得到成型的Mg/Ta复合板材，但其使用性能尤其强度性能并不十分理想，且热轧成型的工艺影响了该复合板材的工程化生产效率。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种在室温虾轧制成形的轻质高强Mg-Ta复合金属板材，所述板材通过增加轧制中间层，使得镁、钽金属之间通过特有的中间层轻质金属形成连接，板材具有轻质、高强度、兼具机械和冶金结合的界面等优势；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述轻质高强、良好的界面结合的Mg-Ta复合金属板材的室温轧制成形方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种轻质高强Mg-Ta复合金属板材的室温轧制成形板材，包括顺次复合且相邻板层之间存在扩散界面的镁合金板层、纯铝中间层、纯钽板层、纯铝中间层和镁合金板层。

具体的，所述轻质高强Mg-Ta复合金属板材中：

所述纯铝中间层的厚度为0.05-0.15mm；