[发明专利]一种高强高韧高磁性能金属复合材料及其制备

说明书

本发明的目的在于提供一种层状金属复合材料及其制备方法，其特征在于：该复合材料由具有高磁特性及超高强度特性的马氏体时效钢板材和无磁高韧性奥氏体不锈钢板材复合而成。采用本发明所述制备方法得到的层状金属复合材料其界面结合优异，界面无氧化物、孔洞、微裂纹、未结合等缺陷，界面结合能力强。

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别涉及一种具有高强韧性、优异磁性能的层状金属复合材料及其制备方法，主要适用于电子器件，家用电器零配件，防弹防撞等构件的制造。属于材料及其制备技术领域。

背景技术

超高强度马氏体时效钢由于其具有极其高的强度，成为航空航天、军工装备等领域中的优质选材，但由于其本身超高的强度，其本质是一种较脆材料，室温塑性差，韧性低，严重制约了这种材料的应用。

国内外研究表明，在高强度材料中间通过加入层状延性材料能够大幅度提高强硬材料的塑韧性，该方法的示意图如图1所示。目前，该合金设计方式已被广泛用于制备高性能的层状复合材料。本发明所涉及超高强度马氏体时效钢/奥氏体不锈钢层状金属复合材料是根据多层强韧化方法设计的一种层状金属复合材料，是由韧性较好的奥氏体不锈钢和超高强度的马氏体时效钢交错堆叠连接而成的层状金属复合材料，能够克服超高强度马氏体时效钢韧塑性极差的致命缺点；同时，因马氏体钢呈现出很强的铁磁性而奥氏体钢则表现出无磁/弱磁的特性，使超高强度马氏体时效钢/奥氏体不锈钢多层层状金属复合材料不仅能够作为结构件应用于受载承力的工况中，而且将其应用于功能与结构一体化的零部件中也成为可能。

随着航空航天、军用装备技术的飞速发展，对一些结构部件提出了轻量化、可设计、高可靠性、高维护性的要求，为了适应这些要求，必须增加材料的强韧性匹配的研究。而超高强度马氏体时效钢的强度已远远高于普通的钢材，已经成为航空航天、军事装备等领域潜力较大的应用材料。

轧制复合法和爆炸复合法是当前制备层状金属复合材料的主要方法。根据原材料的属性可以选择冷轧或者热轧，也可以选择先热轧后冷轧的成型方式。轧制复合法，需将不同材料交错叠放，直接冷轧或者升温后热轧，利用轧辊施加的压力或者是轧辊压力和温度共同的作用下，在多层材料的界面处形成原子尺度的结合，最终形成层状复合材料。但是，冷轧多数限于原始材料较软、容易变形的情况，且界面的结合相对较差，而热轧又要考虑到轧制过程中界面处高温氧化和轧制过程中出现的由于剪切力的作用而引起的层与层之间相对滑动的情况。若采用密封包套真空轧制的方式，一方面增加了包套密封的工作，另一方面增加了轧制完成后包套的去除工作。另外，爆炸复合法，虽然能够用于制备大面积的层状复合材料，但是其制备工艺的安全性和可操控性相比较轧制复合法要差一些。

因此，提供一种界面结合能力强，制备工艺简单且可操控性强的层状金属复合材料制备方法成了本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种层状金属复合材料及其制备方法，采用本发明所述制备方法得到的层状金属复合材料其界面结合优异，界面无氧化物、孔洞、微裂纹、未结合等缺陷，界面结合能力强。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种高强高韧并具有可变磁性能的层状金属复合材料，其特征在于：该复合材料由具有高磁特性及超高强度特性的马氏体时效钢板材和无磁高韧性奥氏体不锈钢板材复合而成。

其中：所述马氏体时效钢的镍含量为12～18wt.％，钢板强度级别在2000MPa以上，板坯厚度为1mm～10mm。所述奥氏体不锈钢的铬含量为16～20wt.％(优选304、304L、316、316L等不锈钢)，板坯厚度为0.5mm～10mm。

本发明还提供了所述复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以超高强度马氏体时效钢和奥氏体不锈钢板材作为原始坯料，经清理打磨后，将两种板材交错堆叠作为坯料；