【摘 要】
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钛/钢复合板是海洋、航天、化工、能源等领域的关键基础材料。由于钛是活性金属,因此钛/钢复合材料制备过程极易形成Fe-Ti脆性相,恶化复合界面的结合强度。为避免Fe-Ti脆性相的形成,工业上通常采用爆炸复合方法制备钛/钢复合材料,生产效率低,环境影响严重。轧制复合法是异质金属复合材料制备的重要方法,人们也一直试图将轧制复合技术应用于钛/钢复合材料制备领域。为避免复合材料制备过程界面Fe-Ti脆性相的
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钛/钢复合板是海洋、航天、化工、能源等领域的关键基础材料。由于钛是活性金属,因此钛/钢复合材料制备过程极易形成Fe-Ti脆性相,恶化复合界面的结合强度。为避免Fe-Ti脆性相的形成,工业上通常采用爆炸复合方法制备钛/钢复合材料,生产效率低,环境影响严重。轧制复合法是异质金属复合材料制备的重要方法,人们也一直试图将轧制复合技术应用于钛/钢复合材料制备领域。为避免复合材料制备过程界面Fe-Ti脆性相的形成,复合轧制温度需限制在850℃以下,不仅影响基材性能,而且轧制设备的能力也成为制约生产的关键瓶颈。为解决上述问题,本文通过钛表面改性,控制高温阶段的复合界面组织,抑制界面Fe-Ti脆性相的形成,实现在900℃条件下直接制备钛/钢异质金属复合材料。主要研究结论如下:（1）在钛表面引入α-Ti稳定元素Ga,可以改变钛/钢复合板的界面结构。直接热轧钛/钢复合板时,β-Ti稳定元素Fe扩散进入钛表面,降低钛的相变温度,经过850℃轧制后,TA2侧的界面组织为β-Ti;采用α-Ti稳定元素Ga对钛进行表面处理后,可以提高钛的相变温度,经过950℃轧制后,TA2侧的界面组织为α-Ti+β-Ti复合结构。（2）α-Ti+β-Ti复合结构可以抑制C原子向钛侧的扩散,在复合界面形成均匀且连续的TiC膜。经过850℃、900℃和950℃轧制后,钛/钢复合界面TiC层的厚度分别为190nm、180nm和510nm。（3）TiC与α-Ti+β-Ti复合结构共同作用,抑制Fe原子由钢侧向钛侧扩散。直接热轧钛/钢复合板,经过850℃热轧后,TA2侧的扩散区中Fe的原子百分比为15.49%,经过Ga表面处理后,在850℃、900℃、950℃轧制温度下,TiC与α-Ti+β-Ti复合结构使TA2侧的扩散区中Fe的原子百分比分别降低为8.46%、8.24%和9.02%。（4）TiC与α-Ti+β-Ti复合结构有助于抑制Fe-Ti脆性相的形成,提高钛/钢复合板界面剪切强度。经过Ga表面处理后,当轧制温度为850℃、900℃时,复合板的界面剪切强度分别为225MPa、235MPa,但当轧制温度升高到950℃时,复合板的界面剪切强度降低为145MPa。（5）TiC膜的快速增厚是导致界面结合强度降低的主要原因。轧制温度升高到950℃后,C元素在钢侧和钛侧的扩散系数差增大,导致TiC急剧增厚,并在TiC中形成Fe2Ti,造成界面结合强度降低。（6）激光表面处理不能有效提高钛钢复合板的抗剪切强度。在低温（850℃）下,采用激光表面处理后,钛钢复合板的界面仍产生了TiC和Fe-Ti金属间化合物的混合相。直接热轧、Ga改性、激光清洗和激光淬火热轧钛钢复合板的抗剪切强度分别为180MPa、225MPa、175MPa和185MPa。
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