[发明专利]一种用于钛/碳钢双金属复合的中间合金及复合工艺

说明书

本发明公开了一种用于钛/碳钢双金属复合的中间合金及复合工艺，该复合材料由钛、碳钢和中间合金复合而成。中间合金采用高熵合金，高熵合金由以下五种金属元素按原子百分比组成，Ga：5‑35％，Cu：5‑35％，Zn：5‑35％，Mn：5％‑35％，Fe：5％‑35％，采用机械合金化的方法制备。本发明的中间合金制备方法简单，复合温度低，适应性广，得到的钛/碳钢双金属复合材料冶金结合强度高。

技术领域

本发明属于双金属复合材料技术领域，涉及一种用于钛/碳钢双金属复合工艺及中间的高熵合金材料。

背景技术

以钛或钛合金为覆材，碳钢为基材的钛/碳钢复合板，不仅具备覆层材料的耐蚀性，同时还具备基层材料的高强度，减少贵重金属钛的使用量，同时降低了材料的生产成本，在海洋工程材料及化工行业都有应用需求。在海洋工程中，钛/碳钢复合板能很好地满足海洋环境下的耐蚀要求，日本跨海大桥将钛/碳钢复合板应用到桥柱飞溅区。在火力发电站烟囱、卫星燃料喷注器、石油化工电解槽、海水淡化热交换器等领域均采用钛/碳钢复合板。随着各领域对钛/碳钢复合板需求量的不断提升，制备结合强度高、深加工性能良好的钛/碳钢复合板具有较大的应用价值。

目前，国内主要采用爆炸复合法生产钛/碳钢复合板，其工艺流程相对简单，但爆炸复合法存在生产效率低、复合板界面结合强度不高、结合强度不均匀等缺点。同时，在高速爆炸的撞击下界面易产生液相的快速凝固，导致缩孔、裂纹和气孔等界面缺陷，使其无法生产厚度较薄、宽幅较大的钛/碳钢复合板。采用中间合金复合技术，可将强度、熔点、热膨胀系数差异较大的金属冶金结合，形成金属层状复合板，使其具有不同金属的优异性能，满足不同环境的要求。

由于高熵效应、原子迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应的综合作用，高熵合金更倾向于形成面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或密排六方(HCP)等简单固溶体结构，高熵效应能有效抑制金属间化合物的形成，这些特点为提高钛/碳钢复合板的结合性能提供了新的可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钛/碳钢双金属复合的中间合金及复合工艺，解决了目前常用的爆炸复合法存在的生产效率低、复合材料界面结合强度不高、结合强度不均匀等缺点

用于钛/碳钢双金属复合的中间合金为高熵合金，由以下五种组分按原子百分比组成，Ga：5-35％，Cu：5-35％，Zn：5-35％，Mn：5％-35％，Fe：5％-35％。

所述中间合金用于钛/碳钢双金属复合的工艺，由如下步骤组成：

步骤一：中间合金的制备：按照百分比称取高纯金属粉末，通过机械合金化制备中间合金；

步骤二：母材的准备：将钛和碳钢的表面进行机械打磨并清洗，去除表面的油污和杂质；

步骤三：钎焊：将中间合金钎料放在钛板和碳钢板之间，并用夹具固定，放置在氩气气氛中，加热至900-1100℃进行钎焊，保温1-2h，焊后继续通入氩气，直至冷却至300℃，取出后松开固定装置即得到钛/碳钢双金属复合材料。

所述机械合金化为：将称量好的金属粉末放入行星式球磨机的真空球磨罐中，并加入研磨球和正庚烷；球磨罐抽真空后充入氩气，然后安装在行星式球磨机上，球磨完成后将合金粉末真空烘干得到中间合金钎料；

所述的研磨球与金属粉的球料比为15∶1，正庚烷的质量占球料总质量的10％-20％。

所述球磨转速为300-500r/min，时间为45-72h。

本发明的有益效果是，用于钛/碳钢双金属复合的中间合金为高熵合金，用于钛和碳钢的复合时复合温度较低，不易形成脆性金属间化合物，结合强度较高；复合工艺简单，中间合金成分范围宽泛，对不同牌号的钛和碳钢的适应性好，便于推广。

附图说明

图1为钛与碳钢双金属复合夹具示意图；