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CN117943403B - 一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN117943403B
CN117943403B CN202410354336.1A CN202410354336A CN117943403B CN 117943403 B CN117943403 B CN 117943403B CN 202410354336 A CN202410354336 A CN 202410354336A CN 117943403 B CN117943403 B CN 117943403B
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Abstract

本发明涉及一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法，属于金属复合材料制备技术领域。本发明针对宽厚比较小的线材提供了钛铝层状复合材的制备方法，针对钛铝线材，通过毛化、异温异步处理、包边轧制等工艺步骤，将两种复合金属线材进行形状整形实现后续复合轧制过程中的铝包边，有效阻止脱模剂渗入到复合界面导致的复合界面无法实现强复合的技术问题，从而提高了复合材料的界面强度。本发明通过异温加热、异步轧制及铝线材包边的复合方式，制备出界面结合强度高，弯折不会分层的钛铝复合材。

Description

一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属复合材料制备技术领域，涉及一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法。
背景技术
层状金属复合材料制备技术主要包括板材制备技术，现有的金属复合板材制备技术较为成熟，但是其制备的产品存在复合强度均匀性差、厚度均匀性差，成材率低等缺陷，进一步将其产品进行切割成小块，来作后续产品应用时产品残次率较高。因而，逐渐有材料开发人员提出了更为精细的金属复合型材制备技术，但该项技术目前尚不成熟。
现有的型材制备技术，都是针对带材类胚材进行轧制，现有的带材复合轧制技术其工艺仅能适用于宽厚比较大的带材，而无法直接应用于其他类型的型材复合轧制，比如宽厚比较小的线材的轧制复合，这对型材轧制技术的应用带来局限。对于现有的钛铝合金复合型材的制备技术，在轧制过程中，由于铝易会发生变形的，钛不易发生变形，轧制时，为了方便复合材料从模具中顺利脱出，会加入脱模剂，发明人发现在轧制复合时，脱模剂会渗入到钛铝复合材料的界面，降低材料的复合强度，这是现有的型材制备无法克服的技术障碍。
且现有的型材轧制复合技术，由于还处于技术研究的初期阶段，仍然存在诸如制备出的钛铝复合材料，界面结合力低且不均匀、由于轧制温度与速度、形变量参数不佳而导致不同金属型材的结合差等问题。例如，专利申请（公开号CN116037693A）公开的钛合金铝合金复合条带制备方法，虽然在一定程度上缓解了钛合金条/带制备的过程中易出现开裂、变形不均匀等问题，但是制备出钛铝双金属复合型材仍然存在界面结合力低且不均匀，界面结合调控技术差等问题。
因此，亟需开发一种技术更为优秀的型材的复合轧制技术，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明涉及一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料及其制备方法，属于金属复合材料制备技术领域。本发明公开了钛铝层状复合材的制备方法包括以下步骤：所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材和钛线材的横向截面分别具有顶边和底边，所述铝线材的横向截面的顶边宽度＜所述铝线材的横向截面的底边宽度，所述铝线材的横向截面的底边宽度＞钛线材的横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm；
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中分别使用中高频炉加热铝线材和钛线材，将中高频加热铝线材出中高频炉的出口温度定义为Ta，将中高频加热钛线材出中中高频炉的出口温度定义为Tb；将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，具体定义Ta1和Tb1分别为铝线材和钛线材出保温炉的出料温度，其中Ta≠Tb，Ta1≠Tb1；
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度，记为V1，控制钛材的进料速度，记为V2，其中V1≠V2，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的底面与钛线材的顶面接触形成轧制复合面，其中所述铝线材的底面宽度＞钛线材的顶面宽度，初步得到钛铝层状复合材料；
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
进一步地，所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
进一步地，步骤S2中出口温度Ta为400–460℃，出口温度Tb为300–400℃，出料温度Ta1为400–440℃，出料温度Tb1为360–390℃。
进一步地，所述步骤S1中要进行毛化处理的铝线材和钛线材，在进行毛化处理前，还包括对铝线材和钛线材进行预处理的步骤S0，具体包括：
S01：复合前钛线材处理
对钛线材进行连续热轧、退火、剥皮及冷拉处理，制备得到后续步骤使用的钛线材，其中所述退火、剥皮及冷拉处理包括至少两次非连续的退火处理、至少两次非连续的剥皮及至少两次非连续的冷拉处理；
S02：复合前铝线材处理
复合前，对铝线材进行连续轧制；
对轧制好的铝线材进行连续拉拔处理；
其中步骤S01和步骤S02轧制得到的所述铝线材和钛线材的横向截面分别具有顶边和底边，且所述铝线材的横向截面的顶边宽度＜所述铝线材的横向截面的底边宽度，所述铝线材的横向截面的底边宽度＞钛线材的横向截面的顶边宽度。
进一步地，所述步骤S3中，控制轧机进行轧制复合操作，保持钛线材不发生塑性变形，铝线材的变形量控制在40%–60%。
进一步地，所述步骤S3中，控制铝线材的进料速度V1为1.5–5m/min，控制钛材的进料速度V2为3–10m/min，其中V1≠ V2。
进一步地，所述铝线材的横向截面为正梯形，钛线材的横向截面为矩形。
进一步地，所述步骤S3，轧制后形成带有铝包边的钛铝层状复合材料。
进一步地，步骤S01中对钛线材进行连续热轧、退火、剥皮、冷拉处理的具体处理步骤为：
对钛合金进行连续热轧，形成扁线材；
对连续热轧后钛合金扁材进行第一次退火处理；
对进行第一次退火处理后的钛合金扁线材进行第一次剥皮处理；
对进行第一次剥皮处理后的钛合金扁线材进行第一次冷拉处理；
对进行第一次冷拉处理后的钛合金扁线材进行第二次剥皮处理；
对进行第二次剥皮处理后的钛合金扁线材进行第二次冷拉处理；
对进行第二次冷拉处理后的钛合金扁线材进行第二次退火处理。
进一步地，步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
本发明进一步提供一种钛铝层状复合材料，其采用本发明的具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法制备而成，所述钛铝层状复合材料包括铝线材层和钛线材层，所述铝线材层的宽厚比为1:1，所述钛线材层的宽厚比为2:1。
本发明的有益效果：
（1）本发明创造性的针对宽厚比较小的线材提供了钛铝复合型材的制备工艺，通过将两种复合金属线材进行特定形状整形实现后续复合轧制过程中的铝包边，有效阻止脱模剂渗入到复合界面导致的复合界面无法实现强复合的技术问题，从而提高了复合材料的界面强度。
（2）对铝钛复合型材采用异温异步技术进行处理，经过大量创造性的实验，聚焦在方案所在的温度范围内，并加以进出料的速度控制，能够有效控制钛铝线材的轧制复合的形变量和复合效果，进而能够使得钛铝界面复合强度达到最大，有效实现强复合。
（3）复合轧制时，采用异步轧制方式，铝材和钛材的进料速度不一致。合理控制两种材料的传输速度，能够保证铝材和钛材的结合强度，又避免材料发生断裂情况，保证轧制过程中的顺畅性。
（4）快速加热，Ti经过5~13s料温迅速升到目标温度300-400℃，Al经过18~28s料温迅速升到目标温度400-460℃，中高频设备简易，效率高且中高频加热器的占地面积小，并且节约地空间，为量产性节约场地。而传统的钛铝复合材料在制备过程中，并不是采用中高频加热方式，一般采用至少两个串联的加热炉，占地面积大，加热速率低，生产效率低。
（5）在复合轧制过程中，合理的设计钛、铝复合时的温度，让Ti出中高频炉的出口温度Tb在300-400℃之间，Ti出保温炉的出料温度Tb1在360℃-390℃之间，使得钛合金表面原子处于激活状态，但又尽可能的降低钛表面的氧化，Al出中高频炉的出口温度Ta在400-460℃之间，Al出保温炉的出料温度Ta1处于400℃-440℃之间，合理选择Al在中高温的塑性，通过高温塑性变形，形成钛、铝界面原子之间强有力的冶金结合。
（6）通过合理设计上、下轧辊的线速度，形成一定的速度差，使得钛、铝轧制过程中有明显的相对位移，形成挫轧，增加钛铝界面处摩擦力，增加钛、铝界面处原子的冶金结合，从而获得比较好的界面结合强度。
具体通过对线材进出料速度控制、综合线材截面积和前期对中高频加热温度和保温温度的把控，最大化的实现复合强度的提升及产量的提升。
本发明针对线材型材独有的异温异步轧制技术，极大提高了复合材料的界面强度及界面强度均匀性。
附图说明
图1是本发明实施例1轧制前、轧制后形成带有铝包边的钛铝复合材料示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材横截面为正梯形，所述钛线材的横截面为矩形，所述铝线材的横向截面的梯形底边宽度＞钛线材的矩形横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm。
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材的出口温度Ta达到400℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为30s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到300℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为总时间12s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度400℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为400℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为360℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=1.5m/min，控制钛材的进料速度V2=3m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为250.12MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。具体参照说明书附图图1，其给出了轧制前、后形成带有铝包边的钛铝复合材料示意图，通过铝包边可以有效防止脱模剂渗入复合界面。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
本实施例1所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
实施例2：一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材横截面为正梯形，所述钛线材的横截面为矩形，所述铝线材的横向截面的梯形底边宽度＞钛线材的矩形横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm。
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到415℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为33s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到330℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为14s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度420℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为410℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为370℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=3m/min，控制钛材的进料速度V2=5m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为252.26 MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
本实施例2所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
实施例3：一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材横截面为正梯形，所述钛线材的横截面为矩形，所述铝线材的横向截面的梯形底边宽度＞钛线材的矩形横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm。
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到430℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为36s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到350℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为16s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度430℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为430℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为380℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=4m/min，控制钛材的进料速度V2=8m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为253.76MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
本实施例3所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
实施例4：一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材横截面为正梯形，所述钛线材的横截面为矩形，所述铝线材的横向截面的梯形底边宽度＞钛线材的矩形横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm。
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到460℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为40s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到400℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为18s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度440℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为440℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为390℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=5m/min，控制钛材的进料速度V2=10m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为253.89 MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
本实施例4所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
实施例5：一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S0、线材预处理，具体包括：
S01：复合前钛线材处理
对钛线材进行连续热轧、退火、剥皮及冷拉处理，制备得到后续步骤使用的钛线材，其中所述退火、剥皮及冷拉处理包括两次非连续的退火处理、两次非连续的剥皮及两次非连续的冷拉处理；具体如下：对钛合金进行连续热轧，形成扁线材；
对连续热轧后钛合金扁材进行第一次退火处理，退火温度为600℃，第一次退火时长为5min；
对进行第一次退火处理后的钛合金扁线材进行第一次剥皮处理；
对进行第一次剥皮处理后的钛合金扁线材进行第一次冷拉处理；
对进行第一次冷拉处理后的钛合金扁线材进行第二次剥皮处理；
对进行第二次剥皮处理后的钛合金扁线材进行第二次冷拉处理；
对进行第二次冷拉处理后的钛合金扁线材进行第二次退火处理，第二次退火温度为450℃，第二次退火时长为6min。
其中第二次退火处理选择在结晶温度以上进行气氛保护下进行退火处理，以消除因剥皮、冷拉造成的加工应力，改善钛合金扁材微观组织，使其等轴化，改善机械力学性能。
S02：复合前铝线材处理
复合前，对铝线材进行连续轧制；
对轧制好的铝线材进行连续拉拔处理；
其中步骤S01和步骤S02轧制得到的所述铝线材和钛线材的横向截面分别具有顶边和底边，且所述铝线材的横向截面的顶边宽度＜所述铝线材的横向截面的底边宽度，所述铝线材的横向截面的底边宽度＞钛线材的横向截面的顶边宽度。
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材横截面为正梯形，所述钛线材的横截面为矩形，所述铝线材的横向截面的梯形底边宽度＞钛线材的矩形横向截面的顶边宽度，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra达到2-5μm。
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到400℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为30s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到300℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为12s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度400℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为400℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为360℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=5m/min，控制钛材的进料速度V2=10m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为255.81MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
本实施例5所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V，所述A1＞A2。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
对比例1：本对比例1采用的铝线材和钛线材界面均为矩形且尺寸相同，其余加工步骤与实施例1相同。即该对比例的方案无法在制备过程中实现铝包边。
对轧制复合后的钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测及脱模剂渗入检测，经检测，复合界面剪切强度为80.01MPa，对复合界面检测，存在脱模剂渗入。
对比例2：本对比例2与实施例1相比，其区别仅是在步骤S2和S3是不采用异温异步轧制，采用同温同步轧制，其余采用相同实施步骤，具体为：
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材和钛线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材和钛线材的出口温度均达到400℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材和钛线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为30s，控制对钛线材的中高频加热总时间为12s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度420℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为420℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为420℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行同步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=3m/min，控制钛材的进料速度V2=3m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为85.26MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行连续热处理、切削去包边处理、矫直定型、时效热处理及多点恒速矫直处理。
对比例3：本对比例3与实施例2相比，其区别仅是在步骤S2和S3是不采用异温异步轧制，而是采用同温异步轧制，其余采用相同实施步骤，具体为：
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材和钛线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材和钛线材的出口温度均达到400℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材和钛线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为30s，控制对钛线材的中高频加热总时间为12s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过同一保温炉，保温炉设定温度420℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为420℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为420℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=3m/min，控制钛材的进料速度V2=5m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为180.17MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
对比例4：本对比例4与实施例2相比，其区别在于铝线材和钛线材进行中高频加热的温度、保温炉温度及保温炉出料温度不同，其余采用相同实施步骤，具体为：
步骤S2中，将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到580℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度2.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为33s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到830℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为6.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为14s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过保温炉，铝保温炉设定温度560℃，铝保温炉设定温度800℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为510℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为770℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=3m/min，控制钛材的进料速度V2=5m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为122.15MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
对比例5：本对比例5与实施例2相比，其区别在于铝线材和钛线材进行中高频加热的温度、保温炉温度、保温炉出料温度、进出料速度和处理时间均不同，其余采用相同实施步骤，具体为：
步骤S2中，将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中控制铝线材经过中高频炉感应加热，控制铝线材出口温度Ta达到450℃，中高频炉长度1.5m，控制铝线材出料速度5.9m/min，控制对铝线材的中高频加热总时间为12s；
控制钛线材经过中高频炉感应加热，钛线材出口温度Tb达到500℃，中高频炉长1.5m，控制钛线材出料速度为12.5m/min。控制对钛线材的中高频加热总时间为4s。
将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，经过公用保温炉，铝保温炉设定温度500℃，钛保温炉设定温度500℃，出来后，铝线材出保温炉的出料温度Ta1为480℃，钛线材出保温炉的出料温度Tb1为480℃。
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度V1=9m/min，控制钛材的进料速度V2=12m/min，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的正梯形底边所对应的底面与钛线材的矩形横向截面的顶边所对应的顶面接触，形成轧制复合面，轧制后初步得到钛铝层状复合材料。
对钛铝层状复合材料进行复合界面剪切强度的性能检测，经检测，复合界面剪切强度为109.11MPa，对钛铝层状复合材料进行脱模剂渗入检测，无脱模剂渗入。
性能测试
1.力学性能测试
界面结合强度测试：分别将实施例1-5和对比例1-5所制备的钛铝层状复合材料作为试样，将试样切割成15mm×2mm×2mm的样条，使用wdw-5拉伸试验机测量试样的结合强度，每个试样5次重复试验，实验结果取平均值。
折弯测试：使用折弯机将试样进行弯折，折断后观察断面是否出现分层。以上测试结果如表1所示。
表1 力学性能测试结果
从表1的数据中可以看出，实施例1-5的结合强度明显大于对比例1-5，实施例1-5折弯测试中没有出现分层，对比例1-5出现分层。对比例1线材没有经过铝包边处理，存在脱模剂的渗入复合界面，表面的氧化层影响力学性能；对比例2线材未进行异温异步处理，同样影响界面复合结合强度，对比例3-5采用与实施例差别较大的中高频加热温度参数、速度参数及时间参数，最终得到的钛铝层状复合材料的复合界面结合强度均受较大影响，结合强度明显低于对比例1-5。
实施例6：本发明实施例提供一种钛铝层状复合材料，其采用本发明的钛铝层状复合材料的制备工艺制备而成，所述钛铝层状复合材料包括铝线材层和钛线材层，所述铝线材层的宽厚比在[1，8]之间，优选1:1，所述钛线材层的宽厚比在[1，5]之间，优选2:1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1、复合前毛化处理
将铝线材和钛线材分别进行毛化处理，其中所述铝线材和钛线材的横向截面分别具有顶边和底边，所述铝线材的横向截面的顶边宽度＜所述铝线材的横向截面的底边宽度，所述铝线材的横向截面的底边宽度＞钛线材的横向截面的顶边宽度；
S2、加热及保温处理
将毛化处理后的铝线材和钛线材进行加热处理和保温处理，其中分别使用中高频炉加热铝线材和钛线材，将中高频加热铝线材出中高频炉的出口温度定义为Ta，将中高频加热钛线材出中高频炉的出口温度定义为Tb；将中高频加热后的铝线材和钛线材进行保温处理，具体定义Ta1和Tb1分别为铝线材和钛线材出保温炉的出料温度，其中Ta≠Tb，Ta1≠Tb1；
S3、轧制复合
对加热及保温处理后的钛线材及铝线材进行异温异步轧制，具体包括：
将铝线材固定在轧机的上方，钛线材固定轧机的下方，控制进料速度进行异步轧制，其中控制铝线材的进料速度，记为V1，控制钛材的进料速度，记为V2，其中V1≠V2，控制轧机对钛线材及铝线材进行轧制复合，所述铝线材的底面与钛线材的顶面接触形成轧制复合面，其中所述铝线材的底面宽度＞钛线材的顶面宽度，初步得到钛铝层状复合材料；
S4、后处理
将步骤S3轧制得到的钛铝层状复合材料进一步进行切割处理和矫直处理。
2.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，轧制前铝线材横截面积为A1，轧制前所述钛线材横截面积为A2，轧制后初步得到的所述钛铝层状复合材料中的铝线材和钛线材的横截面积分别为A1’、A2’，所述钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V；控制钛铝层状复合材料匀速出料的速度为V，使其满足以下条件：A1×V1= A1’×V、A2×V2= A2’×V， A1＞A2。
3.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中铝线材的出口温度Ta为400–460℃，钛线材的出口温度Tb为300–400℃，出料温度Ta1为400–440℃，出料温度Tb1为360–390℃。
4.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中要进行毛化处理的铝线材和钛线材，在进行毛化处理前，还包括对铝线材和钛线材进行预处理的步骤S0，具体包括：
S01：复合前钛线材处理
对钛线材进行连续热轧、退火、剥皮及冷拉处理，制备得到后续步骤使用的钛线材，其中所述退火、剥皮及冷拉处理包括至少两次非连续的退火处理、至少两次非连续的剥皮及至少两次非连续的冷拉处理；
S02：复合前铝线材处理
复合前，对铝线材进行连续轧制；
对轧制好的铝线材进行连续拉拔处理；
其中步骤S01和步骤S02轧制得到的所述铝线材和钛线材的横向截面分别具有顶边和底边，且所述铝线材的横向截面的顶边宽度＜所述铝线材的横向截面的底边宽度，所述铝线材的横向截面的底边宽度＞钛线材的横向截面的顶边宽度。
5.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，控制轧机进行轧制复合操作，保持钛线材不发生塑性变形，铝线材的变形量控制在40%–60%。
6.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，控制铝线材的进料速度V1为1.5–5m/min，控制钛材的进料速度V2为3–10m/min，其中V1≠V2。
7.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝线材的横向截面为正梯形，钛线材的横向截面为矩形。
8.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述钛线材钛表面经毛化处理，其粗糙度Ra为1-4μm；所述铝线材铝表面经毛化处理，其粗糙度Ra为2-5μm；所述步骤S3，轧制后形成带有铝包边的钛铝层状复合材料。
9.根据权利要求1所述的一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4的后处理具体包括：对热轧得到的钛铝层状复合材料依次进行切削去包边处理、矫直定型处理、固溶热处理、时效热处理及多点恒速矫直处理。
10.一种具有高结合强度的钛铝层状复合材料，其特征在于，所述钛铝层状复合材料采用权利要求1-9任一项所述的具有高结合强度的钛铝层状复合材料的制备方法制备，所述钛铝层状复合材料包括铝线材层和钛线材层。
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