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第三组元诱导法制备钛/钢复合材料的工艺研究
报 告
指导教师：竺培显
2015年5月
2020/10/28
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选题背景与意义
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目录
研究目标和内容
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研究现状与结论
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研究方法材料的方法。
②钛/钢层状复合材料稳定、连续的冶金式结合界面
中间媒介金属采用铜，铜与基体钢属于互溶体系，可以形成稳定的连续型固溶体，从而为实现钛/钢层状复合材料稳定、连续的冶金式结合界面的形成奠定了基础。
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研究现状与结论
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项目主要进展
2013年9 - 12月
2014年1 - 9月
立项通过。查找与课题相关的文献资料，并对所阅读的文献进行总结讨论。制定与修改实验方案，并对本实验所需材料的制备
根据实验方案制备实验所需试样，实验试样的制备与试样测试的准备工作，联系实验室进行实验试样的测试（三点弯曲和拉伸实验）
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研究现状与结论
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2014年10月-11月
2014年12月至今
借助分析测试手段，研究钛钢界面形成机理与演变规律。探讨复合过程工艺参数对界面形成的影响规律，总结此研究结果。
研究钛/钢层状复合材料制备关键技术,研究钛钢界面形成机理与演变规律,整理实验数据，调整和优化实验方案。
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拉伸实验力学性能测试
图 钛/铜/钢层状复合板拉伸试验结果
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图 界面抗拉强度与烧结温度关系
图 界面抗拉强度与保温时间关系
保温时间相同时，随着烧结温度的升高，界面的抗拉强度随之升高。因为温度低时，
原子互扩散量少，抗拉强度低；而当温度提高时，原子互扩散量提高，使抗拉强度升
高。经700-820℃扩散温度、120min保温时间处理后，界面抗拉强度大约在100-175
MPa之间。在820℃扩散，随着保温时间的延长，虽然抗拉强度持续下降，但是其断
裂位置均位于基材钢板一侧，由此可证明A5-A9试样的结合界面的抗拉强度大于基材
钢板的抗拉强度。经820℃扩散温度、120-240min保温时间处理后，界面抗拉强度大
约在140-175MPa之间。
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三点弯曲试验力学性能测试
图 钛/铜/钢层状复合板三点弯曲试验结果
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该复合板在760℃及以上温度条件下真空热压扩散复合具有良好的塑性加工能力，在
进行成形加工时，能够进行弯曲变形。对钛/铜/钢层状复合板具有良好弯曲性能的原
因进行分析可知，一是TA2钛板本身和Q235钢都具有较好的塑韧性，具备良好的塑
性成形能力；另外，工艺试验中采用了合适的真空热压工艺参数，在两种基材的结
合界面处未产生明显的缺陷，如杂质相及其它裂纹源等，因此在弯曲试验中，钛/铜
/钢复合板表现出良好的塑性成形能力和抗弯曲力。
三点弯曲试验数据结果
三点弯曲试验数据结果
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钛/铜/钢层状复合板界面微观组织形貌分析
在测试试验开始前，为增强试样的导电性，利用E-1010离子溅射装置在需要观测的试样表面进行镀金处理，使试验所得的数据照片效果更加理想。
对钛/铜/钢层状复合板材进行界面分析，其中A1-A3试样经切割后，中间过渡层铜与基材钛、铁之间存在较大裂缝，可以认为是其扩散温度低、保温时间较短，界面未形成良好的扩散，复合效果不佳，其余试样选择具有代表性的A4(790℃，120min)、A5（820℃，120min）、A7（820℃，180min）、A9(820℃，240min)进行测试，其SEM界面微观形貌图如图所示。
钛/铜/钢复合板材SEM界面微观形貌图（放大2000×）
在保温时间相同均为120min时，烧结温度为
790℃的试样钢侧与中间过渡层Cu之间有肉
眼可见的缝隙，可见两者未结合，说明在该
实验条件下，钢与Cu并不能得到良好的界面
复合效果，只有钛侧与Cu在界面发生了扩散
反应，实现了较好的结合且有反应层出现；
而烧结温度820℃的试样钢与钛两侧均与中间
过渡层Cu发生了扩散反应，均达到了良好的
界面复合效果，说明在烧结温度为820℃时，
钛/铜/钢界面具有良好的复合效果。
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为进一步分析结合界面的元素