[发明专利]一种制备金属层叠材料的方法

说明书

本发明提供了一种制备金属层叠材料的方法。本发明涉及一种制备金属层叠材料的方法，包括以下步骤：(a)将第一金属件和第二金属件层叠设置，所述第一金属件和所述第二金属件均含钛；(b)将所述第一金属件和所述第二金属件之间的接触面的边缘焊接在一起；(c)加热所述第一金属件和所述第二金属件，以及(d)压制或锻打所述第一金属件和所述第二金属件以使所述第一金属件和所述第二金属件锻焊在一起。所述的方法具有成本低、工艺简单、适合大规模生产等优点。

技术领域

本发明涉及金属层叠领域，具体而言，涉及一种含钛金属层叠材料及制备方法。

背景技术

焊接也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接通过下列三种途径达成接合的目的：(1)熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助；(2)压焊——焊接过程必须对焊件施加压力；(3)钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。

已经存在结合金属以实现复合材料或层叠制品许多常规技术。一种技术是锻焊(forge welding)，这是用于制造复合钢的方法，其中两种类型的钢在开放的气氛中结合在一起，以产生复合材料产品。为了实现这样的复合材料，钢板或钢层被加热到高温，并用足够的压力压在一起，以使板以形成分子结合。锻焊相对于结合的金属的其他方法的优点之一是，该结合不使用附加金属就可以实现。这可以与电弧焊接形成对比。焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。电弧焊接为，被结合金属相容的金属电极通过电流来加热，熔化并成为焊接接头的一部分。这改变了在接头处的金属的化学组成。物理特性、以及结合部分的外观也发生了改变。这在某些情况下是不能接受的。一个合适的锻焊接头应当是极为牢固的同时保留部件的所有的物理特性，以及呈现有完好(有时不可见)的结合。

这种类型的锻焊的已采用了许多年，并在工业上也被称为图案的焊接。这种技术的另一个常见术语大马士革锻造(damascened forging)，用这种技术制造钢被称为大马士革钢。从大马士革钢制成刀片已被使用了许多年，并对于装饰和艺术品质非常具有价值。

大马士革钢或锻焊钢的优点之一是使用这种技术制成的刀片具有各构成成分的优点。大马士革钢采用的是锻造工艺制成，一般采用的是互补的钢材在一起锻造而成的。这样软硬材料层叠在一起锻造出的钢材既具有韧性也拥有极强的硬度。而一般钢材的单一性则会造成韧性和硬度不能同时兼顾的局面。目前尚不完全明白各个合金的特性如何赋予这样的复合材料，当相同的成分和相同比例的双组分合金的组合组成的单一合金通常不具有特性的组合。然而，这种现象已经知道，铁匠大师开发了数百年。

但是，用于制造大马士革钢的技术仅对非常有限钢产品有效。仅具有非常高的加工性和低合金含量的钢能够使用这种工艺加工。

目前制刀业仅限于装饰复合材料的非合金或合金碳钢。这意味着这些部件或材料容易腐蚀，并且会使最终产品添加显著重量。已尝试其他金属锻焊，没有良好的效果。例如，努力实现可靠的锻焊钛或钛合金的层叠板已经普遍不成功的。

为了锻焊其他钢合金材料，已经尝试不同的技术。参见例如美国专利号5815790。该专利描述了两种不锈钢材料(其中至少一种粉末形式)等静压放置加热到高温的技术。用粉末形式的金属加工是困难和昂贵的。

热等静压(hot isostatic pressing，简称HIP)工艺是将金属粉末放置到密闭的容器中，向金属粉末施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，金属粉末得以烧结和致密化。