
作为传统材料的创新替代品,不仅继承了基板和复合板各自的优点◇…,还大幅减少了稀贵金属的使用★◇,有效降低了生产成本,展现出卓越的性价比。因此,它在舰艇船舶-、海洋工程、石化装备等领域拥有广阔的应用前景。钛/钢◆•、/钢-、超级奥氏体不锈钢/钢等高性能功能金属复合板及其加工成型技术▷,已被列为《国家新材料发展指南》中的高新技术产品,成为各省市重点支持的前沿新材料产业▲▲。本文旨在介绍爆炸◁…☆、轧制及爆炸+轧制三种复合技术的国内外研究进展△•▼,探讨这些技术的优缺点,为高性能功能金属复合板加工技术的未来发展指明方向……,以期为新型金属复合板及其制造工艺的研发提供指导…●。
爆炸复合法通过将两种或多种金属板叠加▲◇•,利用炸药爆炸产生的冲击力△,促使复板与基板之间形成冶金结合。这种方法不仅工艺简便,还能使热膨胀系数差异较大的金属实现牢固结合。爆炸焊接过程短暂▽=■,瞬时产生的高温高压环境有效避免了金属间化合物的生成□▼,确保复合板具有较高的界面结合强度和优良的后续加工性能。
爆炸复合技术的理论基础由美国科学家Carl首次提出■◁,而实际的爆炸焊接试验则由Philichuk于1959年完成●,成功制备了全球首块铝/钢爆炸焊接复合板。中国自1963年起开始研究爆炸成型工艺,经过多方努力,于1966年研制出国内首块爆炸焊接试验板,并于1968年将其应用于工业生产。大连爆炸加工研究所于1970年成功开发出海军舰艇换热器用爆炸焊接金属复合板,标志着该技术在军事领域的首次应用。历经近六十年的发展■•◁,中国在爆炸复合技术上取得了显著成就○■,开发出80多种材料组合的爆炸焊接产品,涵盖不锈钢/钢、钛/钢等多种高性能复合板☆,年产能突破100万吨▼●,产品性能优异,远销国际市场。
当前,爆炸复合技术的研究热点集中在低爆速低猛度炸药的配方与制备▲○▪、双面多块同步爆炸复合工艺的研发等方面。例如▲•,安徽理工大学开发了低密度、高爆速的膨化硝铵炸药,显著提升了复合板的质量。江苏润邦新材料公司与陆军工程大学合作…▼○,利用ANSYS软件优化了多板复合的位置和间距参数,实现了多点同时爆炸焊接…,大幅提高了生产效率。然而○◁,随着市场需求的增长○-,特别是大型化、专业化设备的兴起,大幅面复合板的供应成为瓶颈◇。爆轰波的稳定性随板幅面积增加而减弱,导致边部不贴合等质量问题频发。此外,炸药用量的增加带来了安全管理的复杂性和环境污染的风险●◆,通过技术创新减少炸药使用,提升工艺的自动化水平▷。
轧制复合技术基于“薄膜破裂理论▲•”,通过轧机的压力作用,使待复合的金属表面形成紧密的结合-。该技术不受气候和环境影响,适合规模化生产,具有生产效率高、交货周期短▽▲、产品幅面大等优点▲。
自20世纪50年代美国首次提出轧制复合理论以来,前苏联和欧美等国相继开展了深入研究。研究表明,复合板的界面结合强度受轧制温度、压下率、轧制速度等参数的影响,同时也与材料本身的物理化学性质有关。目前,轧制复合技术主要分为热轧、冷轧、异步轧制和真空轧制四大类。
热轧复合法:在高温下进行轧制,虽然技术成熟,但易导致界面氧化■▲●,影响结合质量。
冷轧复合法:在室温下进行□☆,避免了介面氧化,但对轧机的要求较高,成材率较低。
异步轧制复合法:通过调整上下轧辊的速度差◆■,促进金属原子的扩散,降低轧制压力◁,提高结合强度。
真空轧制复合法●□◁:在高真空环境中进行•-,有效防止界面氧化,提高结合强度…▷,适用于易氧化金属的复合。
爆炸+轧制复合技术结合了爆炸和轧制两种方法的优点,先通过爆炸法制成较厚的坯料,再利用轧机将其轧制成所需尺寸。这种方法不仅保证了界面的高结合强度,还能改善复合板的表面质量。然而,该工艺的复杂性和高昂的成本仍是其推广应用的障碍▼▷○。
金属复合板在高耐蚀性、高性价比方面表现出色,广泛应用于军事、化工、能源等领域。尽管目前已有多种复合技术★,但每种方法都存在特定的优缺点△◇。未来,通过技术创新和工艺优化,解决热轧界面氧化、冷轧成材率低等问题,将是金属复合板加工技术发展的关键方向○。实现多材料、多层次的先进功能结构一体化材料的有效组合◇,将是这一领域的重要目标。
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