[发明专利]高熵合金的应用、钛钢双金属复合板及其制备方法

说明书

本发明涉及高熵合金的应用、钛钢双金属复合板及其制备方法，属于双金属复合材料技术领域。本发明将AlLiMgSnTi高熵合金作为钎料用于钛材和钢材的焊接，由于高熵合金中不含有铁元素，该高熵合金可以降低钛与铁之间的互相扩散并可有效抑制钢中的碳元素扩散至钛中产生金属间化合物，从而降低脆性相的形成，进而提高钛材和钢材的结合强度、剪切强度以及耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及高熵合金的应用、钛钢双金属复合板及其制备方法，属于双金属复合材料技术领域。

背景技术

传统建筑用金属板在日常条件下使用时，寿命一般能够满足设计要求，具有良好的经济性。但是，随着我国海洋开发的逐渐发展，在较为湿润的条件下，由于海水、雨水、湿气等腐蚀作用，普通建筑用钢板腐蚀严重，使用寿命大幅度降低，严重时，可能影响生产、生活安全。

钛以及钛合金具有密度低、比强度高、耐海水腐蚀等优点，是海洋工程的理想材料。但是由于钛成本较高，限制了其作为海洋环境下的建筑用结构材料。钛-钢耐蚀复合板是一种以钢为基体，钢的单面或双面覆盖钛合金的耐腐蚀高强复合材料。它能够充分发挥两种材料的优势，既具有钛合金良好的耐蚀性，又具有钢材作为结构材料的强度和塑性，延长了材料在海洋腐蚀环境下的使用寿命，并且具有较低的使用成本。

由于钛-钢复合板的界面处容易生成TiC和Ti-Fe等脆性金属间化合物。在钛的相转变温度以下，主要是钢中的碳元素向钛侧扩散，生成TiC；在钛的相转变温度以上，碳元素在钢中的溶解量增加，这时主要是钛与铁互相扩散，生成TiC、FeTi、Fe₂Ti等脆性相，使钛钢复合板的结合强度、剪切强度等性能恶化，影响钛钢复合板的质量。因此，在钛与钢界面之间需放置一种中间层材料，阻止钛的扩散及钛和铁的互相扩散。常用的中间层材料有镍、铌、铜、银等，但是这些材料比较贵重。为了节约成本，也可采用含碳量极低的工业纯铁、不锈钢等作为中间层，但是仍存在碳扩散的问题，且由于工业纯铁和不锈钢中含有一定含量的碳，不仅因生成脆性相降低强度，还与复合板中的钢会产生原电池效应，耐腐蚀性会大幅度降低。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，高熵效应可抑制金属间化合物的形成。因此，高熵合金也可以作为中间层材料，阻止钛的扩散及钛和铁的互相扩散。中国专利文献CN 110936680A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％，复合材料采用中间合金复合技术的方法制备。该专利文献制备得到的钛/碳钢双金属复合材料的冶金结合强度虽然得到了提高，但是依然无法满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlLiMgSnTi高熵合金作为钎料在钛材和钢材焊接中的应用，用于解决目前钛-钢复合材料存在结合强度较差的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种钛钢双金属复合板。

本发明的第三个目的在于提供一种钛钢双金属复合板的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的AlLiMgSnTi高熵合金作为钎料在钛材和钢材焊接中的应用所采用的技术方案为：

一种AlLiMgSnTi高熵合金作为钎料在钛材和钢材焊接中的应用。

本发明将AlLiMgSnTi高熵合金作为钎料用于钛材和钢材的焊接，由于高熵合金中不含有铁元素，该高熵合金可以降低钛与铁之间的互相扩散并可有效抑制钢中的碳元素扩散至钛中产生金属间化合物，从而降低脆性相的形成，进而提高钛材和钢材的结合强度、剪切强度以及耐腐蚀性能。本发明制备的复合板材，由高熵合金作为连接层，具有良好的结合强度、稳定性和耐蚀性，制得的双金属复合材料的结合强度为260～300MPa，中性盐雾腐蚀可达96h，达到10级。