[发明专利]调控界面金属间化合物以制备钛/钢层状复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种调控界面金属间化合物以制备钛/钢层状复合材料的方法，属于金属层状复合材料制备技术领域。该方法包括：对钛/钢层状组合坯料在室温～850℃下进行单道次轧制预复合，获得钛/钢层状预复合坯料，再对钛/钢层状预复合坯料整体在650～850℃下进行第一次加热保温，接着在900～1200℃下继续进行第二次加热保温，然后进行单道次热轧终复合，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合材料。该方法可实现高温大变形量热轧复合成形钛/钢层状复合材料的同时控制界面仅有TiC而无FeTi和Fesubgt;2/subgt;Ti，操作实施方便、能采用传统生产设备、钛/钢层状预复合坯料种类适用范围宽，工艺简单，生产成本低，效率高，易于工业化推广应用。

技术领域

本发明属于金属层状复合材料制备技术领域，特别是提供了一种调控界面金属间化合物以制备钛/钢层状复合材料的方法。

背景技术

钛/钢层状复合材料兼有钛的优良耐腐蚀性和钢的高强度、低成本等优点，在石油化工、核电、海洋工程、建筑和日常生活等领域具有广泛用途。钛/钢层状复合材料的传统制备方法主要有爆炸复合法和热轧复合法。爆炸复合法是利用爆炸的冲击力使钛板和钢板复合在一起，工艺简单，制备的钛/钢层状复合材料界面结合强度高，但是存在污染环境和无法连续化生产等问题。热轧复合法是先对钛板和钢板表面处理，再通过真空电子束焊接或小孔抽真空的方法组坯，保证界面真空，最后多道次热轧使钛板和钢板实现复合，具有生产效率高，可生产宽幅钛/钢层状复合材料等优势，已逐渐成为工业化制备钛/钢层状复合材料的主要方法。但是，热轧复合法制备的钛/钢层状复合材料的界面易形成大量金属间化合物，导致界面结合强度降低。

钛/钢层状复合材料的界面在高温下易生成TiC、FeTi和Fe₂Ti等金属间化合物。钢中的C含量较低，所以钛/钢界面的TiC生成量较少，对界面结合质量的影响较小。FeTi和Fe₂Ti在温度超过β-Ti相变温度(882℃)时会快速生成，并且FeTi和Fe₂Ti易长大粗化，严重损害界面结合质量。为避免钛/钢界面生成大量FeTi和Fe₂Ti，钛/钢层状复合材料的热轧温度一般低于882℃，但是较低温度下钛和钢的变形抗力大，热轧道次压下率较小，不利于界面结合强度的提高[见：刘雪峰，王怀柳，白于良等，一种高性能钛/钢双金属复合板的制备方法，中国发明专利，ZL201910954923.3，2021-04-13]。

为解决这一矛盾，热轧复合法制备钛/钢层状复合材料时会在钛和钢之间添加铜、镍或铌等中间层，避免钛和钢直接接触生成FeTi和Fe₂Ti。中间层的加入不仅提高了原料成本，降低了生产效率，中间层金属还会与钛和钢反应生成新的金属间化合物，使界面变得更为复杂，导致界面结合质量不稳定。

为了让无中间层的钛/钢层状预复合坯料能在高于882℃的温度下进行加热或热轧，降低变形抗力、提高生产效率，获得高界面结合强度的钛/钢层状复合板带，专利CN202010767993.0公开了一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，提出了对钛/钢层状预复合坯料在第二段加热保温时进行分区域加热的方法，即对钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面进行升温加热，将钛材的表面和钢材的表面各自朝向复合界面方向的0.5～0.8倍钛材的厚度和钢材的厚度的区域的温度分别加热到935～1350℃，并保持复合界面处温度为705～875℃后保温。该方法可制备出高界面结合强度的钛/钢层状复合板带，特别适合于单张形式的尺寸厚的钛/钢层状预复合坯料的加热，但也存在着实施过程操作困难、对设备要求高、难以精确控制工艺参数和界面金属间化合物、钛/钢层状预复合坯料种类受限等问题，尤其是难以用于尺寸薄的或成卷的钛/钢层状预复合坯料的加热，极大地限制了该方法的推广应用范围。

因此，针对钛/钢层状复合材料制备中存在的上述问题，开发一种操作实施方便、能采用传统生产设备、易精确调控钛/钢层状复合材料界面金属间化合物、钛/钢层状预复合坯料种类适用范围宽的方法，特别适用于以尺寸薄的或成卷的钛/钢层状预复合坯料为原材料的高质量高性能钛/钢层状复合材料的生产，具有十分重要的意义。

发明内容