复合材料是由两种或两种以上化学性质不同的单体材料组合而成的材料,或者说是由基体材料和增强材料经复合处理而制得的新材料。与单体材料相比,复合材料的性能有许多独特之处,它的主要优点是力学性能、物理性能或化学性能可满足特定的功能需要或降低成本,这是单体材料所不能实现的。
目前钛复合材料已有许多品种,如钛钢复合板、钛包铜棒、钛铜和钛钢过渡接头等,钛复合材料不仅能满足用户的使用要求,而且价格比纯钛或钛合金低,深受市场欢迎。如钛钢复合板,既具有钢的强度,又具有钛的耐腐蚀性能,广泛应用于冶金和化工设备的制造。
1钛复合材料的成形方式
美国20世纪60年代开始以爆炸法生产钛钢复合材,80年代研究成功以夹层法轧制钛钢复合材。
爆炸成形是利用炸药爆炸产生的高压脉冲载荷直接作用在覆板上,使覆板在数微秒时间内被加速到每秒几百米的速度,覆板从引爆端开始依次与基板倾斜碰撞,两板碰撞产生的压力大大超过了金属的动态屈服极限,在碰撞区的材料产生高速剧烈的塑性形变,同时伴随着剧烈的热效应,两金属板的碰撞表面层此时有类似于流体一样的行为,形成两股运动方向相反的金属射流。位于碰撞点前的自由射流向未焊接的空间高速喷出,它冲刷掉两金属待结合的表面膜,露出干净的活性表面,在高压下形成冶金结合。
爆炸法的优点是对材料的组合有广泛的适应性,如熔点、线膨胀系数或硬度差别很大的材料都可以采用爆炸成形制成复合材料。如线膨胀系数差别很大的钛和不锈钢可采用爆炸成形制成复合板。采用爆炸成形可制成两层或多层复合材料。其缺点是生产安全性要求高,不能连续生产,仅适用于某些特定材料。
2 钛钢复合板
钛钢复合板基材是普通碳钢、结构钢或压力容器钢,覆材是钛或钛合金,既具有高的强度,又具有钛优良的耐蚀性,利用了各单体材料的特性,应用范围很广。钛钢复合板经冷热加工可以制成各种工业制品,如热交换器的管板、封头,反应釜、反应器的筒体和
容器等。钛钢复合板特别适合使用于要求有耐腐蚀性的设备,它已广泛应用于制造各种冶金、化工和海洋工业设备。
钛钢复合板现在已有多种生产方法,如直接轧制法、浇铸轧制法、爆炸轧制法和爆炸法等。使用这些方法已能生产出多种厚度和宽度规格的复合板材。
3 钛铜复合棒
钛铜复合棒俗称钛包铜棒。电解槽的金属阳极由钛铜复合棒支撑,它的作用有3点:一是支撑阳极;二是导电;三是耐蚀。为了满足这些要求,利用钛的耐蚀性和铜的导电性,把二者结合到一起。复合棒材中心是铜,外包一层钛,截面有方形和宫灯形两种,完全满足了使用要求。钛铜复合锭坯在挤压过程中受到强大的压力,两种金属界面形成冶金结合,波形界面是两种金属结合的最佳形式,从而提高了钛铜复合棒的结合牢靠度,其电阻率小,导电性
能好。国外开发了一种钛铜复合管,内铜外钛,其优点在于节省铜料、耐蚀性能好。
4钛铜等过渡接头
爆炸焊接过渡接头具有较高的结合强度和低的接触界面电阻,在工业部门中应用可以强化生产,提高效率和节约能源。目前研发了钛铜、钛不锈钢、钛钢、铝不锈钢、铝钛不锈钢、铝铜和铜钢等过渡接头。无论是板状还是管状的金属过渡接头,均可由适当尺寸的平板件获得,但一般过渡接头应用在有应力、有冷热冲击和大电流的部位,它需要具有较高的结合强度和优良的导电性能。
采用改进的平板爆炸复合工艺可制得具有结合强度高、界面电阻低的各种双金属及三层金属材料的过渡接头。
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