復合材料是由兩種或兩種以上化學性質不同的單體材料組合而成的材料,或者說是由基體材料和增強材料經復合處理而制得的新材料。與單體材料相比,復合材料的性能有許多獨特之處,它的主要優點是力學性能、物理性能或化學性能可滿足特定的功能需要或降低成本,這是單體材料所不能實現的。
目前鈦復合材料已有許多品種,如鈦鋼復合板、鈦包銅棒、鈦銅和鈦鋼過渡接頭等,鈦復合材料不僅能滿足用戶的使用要求,而且價格比純鈦或鈦合金低,深受市場歡迎。如鈦鋼復合板,既具有鋼的強度,又具有鈦的耐腐蝕性能,廣泛應用于冶金和化工設備的制造。
1鈦復合材料的成形方式
美國20世紀60年代開始以爆炸法生產鈦鋼復合材,80年代研究成功以夾層法軋制鈦鋼復合材。
爆炸成形是利用炸藥爆炸產生的高壓脈沖載荷直接作用在覆板上,使覆板在數微秒時間內被加速到每秒幾百米的速度,覆板從引爆端開始依次與基板傾斜碰撞,兩板碰撞產生的壓力大大超過了金屬的動態屈服極限,在碰撞區的材料產生高速劇烈的塑性形變,同時伴隨著劇烈的熱效應,兩金屬板的碰撞表面層此時有類似于流體一樣的行為,形成兩股運動方向相反的金屬射流。位于碰撞點前的自由射流向未焊接的空間高速噴出,它沖刷掉兩金屬待結合的表面膜,露出干凈的活性表面,在高壓下形成冶金結合。
爆炸法的優點是對材料的組合有廣泛的適應性,如熔點、線膨脹系數或硬度差別很大的材料都可以采用爆炸成形制成復合材料。如線膨脹系數差別很大的鈦和不銹鋼可采用爆炸成形制成復合板。采用爆炸成形可制成兩層或多層復合材料。其缺點是生產安全性要求高,不能連續生產,僅適用于某些特定材料。
2 鈦鋼復合板
鈦鋼復合板基材是普通碳鋼、結構鋼或壓力容器鋼,覆材是鈦或鈦合金,既具有高的強度,又具有鈦優良的耐蝕性,利用了各單體材料的特性,應用范圍很廣。鈦鋼復合板經冷熱加工可以制成各種工業制品,如熱交換器的管板、封頭,反應釜、反應器的筒體和
容器等。鈦鋼復合板特別適合使用于要求有耐腐蝕性的設備,它已廣泛應用于制造各種冶金、化工和海洋工業設備。
鈦鋼復合板現在已有多種生產方法,如直接軋制法、澆鑄軋制法、爆炸軋制法和爆炸法等。使用這些方法已能生產出多種厚度和寬度規格的復合板材。
3 鈦銅復合棒
鈦銅復合棒俗稱鈦包銅棒。電解槽的金屬陽極由鈦銅復合棒支撐,它的作用有3點:一是支撐陽極;二是導電;三是耐蝕。為了滿足這些要求,利用鈦的耐蝕性和銅的導電性,把二者結合到一起。復合棒材中心是銅,外包一層鈦,截面有方形和宮燈形兩種,完全滿足了使用要求。鈦銅復合錠坯在擠壓過程中受到強大的壓力,兩種金屬界面形成冶金結合,波形界面是兩種金屬結合的最佳形式,從而提高了鈦銅復合棒的結合牢靠度,其電阻率小,導電性
能好。國外開發了一種鈦銅復合管,內銅外鈦,其優點在于節省銅料、耐蝕性能好。
4鈦銅等過渡接頭
爆炸焊接過渡接頭具有較高的結合強度和低的接觸界面電阻,在工業部門中應用可以強化生產,提高效率和節約能源。目前研發了鈦銅、鈦不銹鋼、鈦鋼、鋁不銹鋼、鋁鈦不銹鋼、鋁銅和銅鋼等過渡接頭。無論是板狀還是管狀的金屬過渡接頭,均可由適當尺寸的平板件獲得,但一般過渡接頭應用在有應力、有冷熱沖擊和大電流的部位,它需要具有較高的結合強度和優良的導電性能。
采用改進的平板爆炸復合工藝可制得具有結合強度高、界面電阻低的各種雙金屬及三層金屬材料的過渡接頭。
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