专利摘要

一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，将钛合金带材和铝合金带材加工成相同的尺寸，进行表面处理清除表面氧化物，在经表面处理的表面布置纳米颗粒，进行堆叠，得到钛/铝复合带材，进行真空边部焊接，对焊接后的钛/铝复合带材施加脉冲电流，使纳米颗粒与复合带材表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；然后对钛/铝复合带材进行轧制，实现材料界面焊合，最后继续进行轧制，直到带材总压下率达到80％‑95％；本发明可制备出高性能钛铝复合带材，该板材将有可能用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域，将来还可能在其它有色金属材料如铜、镁等材料组合的复合带材。

权利要求

1.一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，包括：

第一步：以钛合金带材和铝合金带材为原料，将两种带材加工成完全相同的尺寸；

第二步：对钛合金带材和铝合金带材进行表面处理，清除表面氧化物；

第三步：在铝合金板带或钛合金带材经过表面处理的表面均匀布置纳米颗粒；

第四步：将钛合金带材或铝合金板带经过表面处理的表面与铝合金板带或钛合金带材布置纳米颗粒的表面进行堆叠，得到钛/铝复合带材；

第五步：将所述钛/铝复合带材置入真空室，进行真空边部焊接；

第六步：在轧制入口，对边部焊接后的钛/铝复合带材施加脉冲电流，使纳米颗粒与复合带材表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；

第七步：对脉冲电流处理的钛/铝复合带材进行轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在15％-30％；

第八步：对第七步获得的钛/铝复合带材进行轧制，直到带材总压下率达到80％-95％，单道次压下率控制在15％-30％。

2.根据权利要求1所述采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，所述第一步中，轧制前钛合金带材和铝合金带材的厚度在1-5mm。

3.根据权利要求1所述采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，所述第二步中，采用钢丝刷进行表面处理。

4.根据权利要求1所述采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，所述第三步中，纳米颗粒为纳米铝粉和/或纳米氧化铝。

5.根据权利要求1所述采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，所述第六步中，脉冲电流是施加强度是10-150A，处理时间为5-60s。

6.根据权利要求5所述采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，其特征在于，所述脉冲电流参数根据钛/铝复合带材的厚度不同进行调节，厚度越厚，电流越大，厚度越薄，电流越小。

说明书

技术领域

本发明属于金属复合材料轧制技术领域，特别涉及一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法。

背景技术

高性能层状铝钛复合材料一直受到本领域国内外同行的高度关注，其在防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域具有广阔应用前景。塑性变形过程中层状复合材料界面焊合情况决定产品的力学和腐蚀性能。

传统金属层状复合板一般采用爆炸法。然而，材料界面质量难以控制。与此同时，该工艺只适合于制备特厚复合板。随着人们对工件尺寸降低、性能提高、质量减轻的要求增加，急需开发出极薄复合层状材料。轧制复合是常用的方法，一般情况下有热轧复合法和冷轧复合法，对于这两种方法制备的金属复合板的界面结合质量相对难以控制，这样的产品仅能够满足低端市场，主要原因是这些产品的界面是机械焊合和冶金焊合的结合，其强度与完全冶金结合的情况依然存在较大差别。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，利用该方法制备的复合金属材料，其界面结合质量相对于传统轧制方法制备的复合金属材料界面将大幅提高。该方法将适用于不同型号的钛、铝合金的组合，比如钛/AA6061铝复合板、钛/AA5020铝复合板。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法，包括：

第一步：以钛合金带材和铝合金带材为原料，将两种带材加工成完全相同的尺寸；

第二步：对钛合金带材和铝合金带材进行表面处理，清除表面氧化物；

第三步：在铝合金板带或钛合金带材经过表面处理的表面均匀布置纳米颗粒；

第四步：将钛合金带材或铝合金板带经过表面处理的表面与铝合金板带或钛合金带材布置纳米颗粒的表面进行堆叠，得到钛/铝复合带材；

第五步：将所述钛/铝复合带材置入真空室，进行真空边部焊接；

第六步：在轧制入口，对边部焊接后的钛/铝复合带材施加脉冲电流，使纳米颗粒与复合带材表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；

第七步：对脉冲电流处理的钛/铝复合带材进行轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在15％-30％；

第八步：对第七步获得的钛/铝复合带材进行轧制，直到带材总压下率达到80％-95％，单道次压下率控制在15％-30％。

所述第一步中，轧制前钛合金带材和铝合金带材的厚度在1-5mm。

所述第二步中，采用钢丝刷进行表面处理。

所述第三步中，纳米颗粒为纳米铝粉和/或纳米氧化铝。

所述第六步中，脉冲电流参数根据钛/铝复合带材的厚度不同可以进行调节，厚度越厚，电流越大，厚度越薄，电流越小。脉冲电流调节范围为10-150A，脉冲电流处理时间为5-60s。

本发明的主要原理为在钛/铝复合材料中间增加一层纳米颗粒，在对钛/纳米颗粒/铝复合材料施加脉冲电流过程中，纳米颗粒发生放电，实现材料界面局部区域材料界面的金属熔化，在随后的轧制过程中，熔化的金属在轧制压力的作用下，实现材料界面冶金结合。

本发明可制备出高性能钛铝复合带材，该板材将有可能用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域。

本发明的工艺将来还可能在其它有色金属材料如铜、镁等材料组合的复合带材。

附图说明

图1是本发明采用纳米金属粉末提高层状钛铝复合材料界面结合强度的轧制制备流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1：纯钛与纯铝复合带材制备

结合图1，步骤如下：

第一步：以工业纯钛带材1和工业纯铝带材2为原料。轧制前工业纯钛带材1和工业纯铝带材2的厚度分别为3mm。将工业纯钛带材1和工业纯铝带材2加工成完全相同的尺寸1m(长)×0.15m(宽)。

第二步：对工业纯钛带材1和工业纯铝带材2采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物，分别得到经过表面处理的钛板1和经过表面处理的铝板5。

第三步：将纳米颗粒4均匀分布在经过表面处理的铝板5表面，纳米颗粒4为工业纯铝纳米颗粒，用量20克。

第四步：将经过表面处理的钛板1、纳米颗粒4和经过表面处理的铝板5进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到堆叠的钛/纳米颗粒/铝复合板6。

第五步：在轧制入口，利用脉冲电流处理装置7，对堆叠的钛/纳米颗粒/铝复合板6施加脉冲电流，脉冲电流设置为50A，处理30s。使纳米颗粒4和板材表层局部区域发生放电，使表层金属出现熔化，得到经过脉冲电流处理的复合带材8

第六步：利用上轧辊一9和下轧辊一10，对经过脉冲电流处理的复合带材8进行轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在25％，得到经过轧制的复合带材11。

第七步：利用上轧辊二12和下轧辊二13，对经过轧制的复合带材11继续进行轧制，直到最终厚度达到0.3mm。

采用界面剥离的方法对复合材料界面结合强度进行分析，采用添加纳米颗粒的钛铝复合带材的界面的结合强度比不添加纳米颗粒的界面结合强度提高20％以上。

应用案例2：纯钛与AA6061铝合金复合带材制备

结合图1，步骤如下：

第一步：以AA6061铝合金带材替代实施例1中的工业纯铝带材2，轧制前工业纯钛带材1和AA6061铝合金带材的厚度分别为2.5mm。将工业纯钛带材1和AA6061铝合金带材加工成完全相同的尺寸0.5m(长)×0.2m(宽)。

第二步：对工业纯钛带材1和AA6061铝合金带材采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物，分别得到经过表面处理的钛板1和经过表面处理的铝合金板。

第三步：将纳米颗粒4均匀分布在经过表面处理的铝合金板表面，纳米颗粒4为氧化铝纳米颗粒，用量10克。

第四步：将经过表面处理的钛板1、纳米颗粒4和经过表面处理的铝合金板进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到堆叠的钛/纳米颗粒/铝合金复合板。

第五步：在轧制入口，利用脉冲电流处理装置7，对堆叠的钛/纳米颗粒/铝合金复合板施加脉冲电流60A，处理时间为10s，使纳米颗粒4和板材表层局部区域发生放电，使表层金属出现熔化，得到经过脉冲电流处理的复合带材8。

第六步：利用上轧辊一9和下轧辊一10，对经过脉冲电流处理的复合带材8进行轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在25％，得到经过轧制的复合带材11。

第七步：利用上轧辊二12和下轧辊二13，对经过轧制的复合带材11继续进行轧制，直到最终厚度达到0.2mm。

采用界面剥离的方法对复合材料界面结合强度进行分析，采用添加纳米颗粒制备的钛/AA6061复合带材的界面的结合强度比不添加纳米颗粒的界面结合强度提高15％。

一种采用纳米金属粉末提高层状铝钛复合材料界面结合强度的轧制制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。