一種覆鈦低碳鋼復(fù)合板制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種覆鈦低碳鋼復(fù)合板的制備方法，特別涉及采用超高速噴射沉積和軋制處理的覆鈦低碳鋼復(fù)合板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有很多優(yōu)良的特性，如低密度、高比強(qiáng)度、良好的耐熱性能、優(yōu)異的耐蝕性和生物相容性等，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、化工等領(lǐng)域。隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，鈦在建筑、汽車、醫(yī)療及日常生活用品等領(lǐng)域的用量也在快速增長。但由于純鈦的強(qiáng)度較低，制造成本高，限制了其應(yīng)用。碳鋼作為最常用的結(jié)構(gòu)材料，具有一些優(yōu)良的性能，如力學(xué)性能、焊接性、熱穩(wěn)定性等，且制造成本較低，但碳鋼的耐蝕性卻遠(yuǎn)不如鈦。將兩者復(fù)合使其兼具二者優(yōu)點(diǎn)、又互為彌補(bǔ)不足的覆鈦低碳鋼復(fù)合板極具市場潛力。
[0003]現(xiàn)有的鈦-鋼復(fù)合板制造方法主要有爆炸復(fù)合法、乳制壓接法或爆炸制坯-軋制法，爆炸復(fù)合法通常在常溫下進(jìn)行，指利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成工件迅速碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。如中國專利 CN200810226956.8、CN200810226957.2 和 CN200910023101.X均利用爆炸復(fù)合制鈦-鋼復(fù)合板。但由于爆炸復(fù)合受自身工藝限制，金屬板變形較大，僅適用于厚金屬板(通常復(fù)層厚度大于1.5mm)的復(fù)合。為得到薄型鈦-鋼復(fù)合板，中國專利CN200810226955.3采用爆炸制坯-軋制法，先利用爆炸復(fù)合法制軋制坯料，油壓機(jī)矯平，再鋼面兩兩相對疊放并將四周焊接后，加熱至溫度為700-100(TC，保溫l_4h，經(jīng)過6-10道次軋制，獲得最終厚度為2.5-6mm的復(fù)合板。軋制壓接法是通常是將板組裝后，在真空條件下加熱軋制。中國專利CN200810064689.9公開了一種鈦合金板與不銹鋼板的真空熱軋復(fù)合方法，其主要原理是將鈦合金板、不銹鋼板以及銅箔過渡層鉚合后，在真空度為(I?3) X 10 _3Pa、溫度為600?1100°C真空爐中保溫后熱軋獲得鈦合金-不銹鋼復(fù)合板。軋制壓接法是最先將鈦板(復(fù)合材)與鋼板(基材)以嵌入式的板坯組裝，在鈦板與鋼材之間放入合適的中間嵌入材，再在高真空下采用電子束焊接。最后放入加熱爐加熱后，在厚板軋機(jī)上強(qiáng)壓軋到所要求的厚度，這樣鈦板與鋼板則真正接合了。中國專利CN200910010100.1采用熱軋機(jī)直接壓延復(fù)合方法獲得鈦/鋼復(fù)合板。但是上述方法的共同特點(diǎn)是直接利用鈦板成品與鋼板復(fù)合，但受自身特點(diǎn)所限鈦材成材率低，且難以獲得更薄規(guī)格鈦復(fù)層的鈦-鋼復(fù)合板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種覆鈦低碳鋼復(fù)合板制備方法，該制備方法工藝簡單，且鈦覆層厚度可控，制備的覆鈦低碳鋼復(fù)合板界面為冶金結(jié)合，具有結(jié)合強(qiáng)度高的特征性倉泛。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種覆鈦低碳鋼復(fù)合板制備方法，首先利用高速噴射沉積技術(shù)將304不銹鋼粉末沉積在經(jīng)過前處理的低碳鋼板上作為過渡層，然后將純鈦粉末高速噴射沉積于過渡層上，最后通過熱軋獲得涂層致密、界面為冶金結(jié)合的覆鈦低碳板，產(chǎn)生包括低碳鋼板層、過渡金屬層和純鈦層的覆鈦低碳鋼板；其步驟如下:
(1)備料:選擇球形304奧氏體不銹鋼粉末作為過渡金屬層原材料，低氧、低氫的高純鈦粉作為純鈦覆層原材料，兩種粉體粒徑分布范圍為5-200 um，鈦粉粒子形狀為球形、類球形，或不規(guī)則形；
(2)基材前處理:采用噴砂法進(jìn)行前處理，然后用高壓氣體吹掃，以除去表面氧化層，獲得新鮮表面；
(3)高速噴射沉積法制備過渡層:將304奧氏體不銹鋼粉送入粉末加速器加速后噴向低碳鋼基板，粉末粒子因發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形而沉積形成304不銹鋼過渡金屬層；
(4)高速噴射沉積法制備純鈦層:將純鈦粉送入粉末加速器加速后噴向已噴涂304奧氏體不銹鋼過渡層的低碳鋼基板上，沉積形成純鈦覆層；
(5)涂層致密化:采用壓力加工方式實(shí)現(xiàn)涂層的致密化，將得到的低碳鋼-純鈦板料置于熱處理爐內(nèi)加熱，使其溫度均勻達(dá)到800?1000°C后進(jìn)行熱軋，總壓下量> 50%，從而實(shí)現(xiàn)純鈦覆層的致密化，同時(shí)達(dá)到噴涂金屬粉末顆粒界面的基材-過渡層、過渡層-純鈦層的熱擴(kuò)散焊合。
[0006]進(jìn)一步，所述步驟I中的球形304奧氏體不銹鋼粉末和鈦粉粉體粒徑分布范圍為10_50umo
[0007]進(jìn)一步，所述步驟I中的高純鈦粉的制備工藝為氫化脫氫法獲得的不規(guī)則鈦粉，高純鈦粉的制備工藝為氣體霧化法獲得的球形或類球形鈦粉。
[0008]進(jìn)一步，所述步驟3制備過渡層的特征是涂層致密，厚度均勻、連續(xù)。
[0009]進(jìn)一步，所述步驟4中沉積得到的純鈦覆層厚度應(yīng)小于低碳鋼基材的厚度。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟4中沉積得到的純鈦覆層為多孔材料，孔隙率可在5 %?30 %范圍變化。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟3和4中利用高速噴射沉積技術(shù)在低碳鋼基材上單面沉積復(fù)合304奧氏體不銹鋼過渡層和純鈦層，或雙面沉積復(fù)合304奧氏體不銹鋼過渡層和純鈦層。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟5中為保證軋制溫度彡SOO0C，對板料每進(jìn)行2?3道次熱軋后，將板料返爐加熱至800?100(TC均溫后再進(jìn)行熱軋。
[0013]經(jīng)過熱軋?zhí)幚淼母测伒吞间搹?fù)合板可以直接應(yīng)用，也可以再經(jīng)過酸洗、退火、冷車U平整、去應(yīng)力退火等形成高等級覆鈦低碳鋼復(fù)合板。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
通過本發(fā)明的制備方法可方便地實(shí)現(xiàn)低碳鋼板表面單面或雙面覆鈦，且可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整鈦覆層的厚度，能制備鈦復(fù)層厚度從幾十微米到幾毫米，通過本發(fā)明的制備方法所得到的復(fù)合板鈦覆層和低碳鋼板之間界面為冶金結(jié)合，復(fù)合強(qiáng)度高。
[0015]本發(fā)明工藝簡單、可控性好、生產(chǎn)效率高，有助于工業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一高速噴射沉積后覆鈦IF鋼板截面經(jīng)拋光后的金相照片；
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例一軋制后鋼板截面經(jīng)拋光后的金相照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]實(shí)施例一:
本實(shí)施例中的制備方法包括以下步驟:
(1)備料:選用200mmX10mmX 1mm厚度為1mm的低碳鋼(IF)鋼板為基板,用氫<化脫氫法得到的低氧、低氫的高純鈦粉為鈦覆層原料，采用氣體霧化法所制球形304不銹鋼粉為過渡層原料。其中純鈦粉粒徑分布范圍為5-100 um，平均粒徑為32um，粒子形狀為不規(guī)則形；304不銹鋼粉粒徑分布范圍為10-80 um，平均粒徑為32um，粒子形狀為球形；
(2)基材前處理:處理方法采用先噴砂以除去表面氧化層，然后用高壓氣體吹掃除去噴砂殘留物。
[0019](3)高速噴射沉積法沉積過渡層:利用壓力值為3M