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1、第三組元誘導(dǎo)法制備鈦/鋼復(fù)合材料的工藝研究報告人：許婷指導(dǎo)教師：竺培顯2015年5月2013年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽結(jié)題答辯報告選題背景與意義1目錄研究目標(biāo)和內(nèi)容24研究現(xiàn)狀與結(jié)論3研究方法選題背景與意義11791年W.格雷戈爾在礦物中發(fā)現(xiàn)一種未知新元素。1795年德國化學(xué)家在研究金紅石時發(fā)現(xiàn)了該元素命名為鈦鈦/鋼層狀復(fù)合材料由于具有經(jīng)濟(jì)性和功能性兼?zhèn)涞奶攸c,正在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。特別是其同時具有鋼的優(yōu)異強度、熱傳導(dǎo)性、焊接性以及鈦的良好耐蝕性的鈦鋼復(fù)合材在海洋、沿海陸地作為結(jié)構(gòu)件更具應(yīng)用前景。傳統(tǒng)三種方式，均存在局限性，不能滿足需求人類活動向深海發(fā)展，需鈦鋼復(fù)合材料的支
2、持選題背景與意義1軋制復(fù)合法：軋制復(fù)合界面過于寬化、界面物相的可控性及冶金式結(jié)合程度等方面受到嚴(yán)重約束爆炸復(fù)合法：爆炸法生產(chǎn)復(fù)合材料制品的尺寸受到限制,并且存在著振動、噪音、炸藥處理等問題爆炸-軋制法：在接合界面易生成脆性層，并且該方法污染嚴(yán)重還不適于連續(xù)化生產(chǎn)及生產(chǎn)薄板選題背景與意義1第三組元誘導(dǎo)法第三組元誘導(dǎo)法制備鈦/鋼復(fù)合材料的工藝研究利用媒介金屬（銅），改善鈦、鋼之間的互溶性，實現(xiàn)鈦-鋼的冶金式結(jié)合。利用能量補償原理，解決鈦、鋼之間的界面結(jié)合問題。選題背景與意義1意義實現(xiàn)了鈦、鋼復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能的一體化1低成本、高效率、對環(huán)境友好的層狀復(fù)合材料的制備方法2研究
3、目標(biāo)和內(nèi)容2為了改善鈦、鋼之間的互溶性，本次研究利用能量補償原理，在鈦和鋼之間引入媒介金屬，以此解決鈦、鋼之間的界面結(jié)合問題。研究目標(biāo)研究目標(biāo)和內(nèi)容2第三組元誘導(dǎo)法制備工藝及對鈦-鋼復(fù)合材料力學(xué)、界面影響研究鈦鋼界面形成機理與演變規(guī)律研究內(nèi)容研究方法3文獻(xiàn)研究法實驗研究法采用過渡金屬的界面能量調(diào)控法和能量補償原理，在鈦、鋼之間引入媒介金屬，改善鈦、鋼之間的互溶性，以此實現(xiàn)鈦、鋼之間穩(wěn)定、連續(xù)的界面結(jié)合，制備出具有穩(wěn)定、連續(xù)的界面結(jié)合的。因此，本研究的設(shè)想方案為：在鈦、鋼之間引入媒介金屬—銅，采用真空熱壓擴(kuò)散焊接法制備鈦/鋼層狀復(fù)合材料，加熱溫度為700-950℃，保溫
4、時間0.5-4小時，其制備出的鈦/鋼層狀復(fù)合材料形貌如圖所示。圖書、CNKI中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫或者萬方學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫等，如:倪禮忠,陳麒.復(fù)合材料科學(xué)與工程[M].北京:科學(xué)出版社,2002.HKato,SAbe,TTomizawa.Interfacialstructuresandmechanicalpropertiesofsteel–Niand?steel–Ti?diffusionbonds[J].Journalofmaterialsscience,1997,32(19):5225-5232熱壓擴(kuò)散制備試樣編號試樣編號溫度(℃)保溫時間（min）壓力（MPa）A
5、17001201A27301201A37601201A47901201A58201201A68201501A78201801A88202101A98202401研究方法3研究方法3第三組元誘導(dǎo)法--工作原理①真空熱壓擴(kuò)散法的制備真空熱壓擴(kuò)散焊接法是把兩個或兩個以上的金屬材料（包括中間層材料）緊壓在一起，置于真空環(huán)境中中加熱至母材熔點以下溫度，對其施加壓力使連接界面微觀凸凹不平處產(chǎn)生微觀塑性變形達(dá)到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴(kuò)散而形成牢固的冶金式結(jié)合的一種連接方法。熱壓擴(kuò)散焊接的特點是可獲得與基體性能一致的接頭性能，可對性能和尺寸相差懸殊的材料進(jìn)行焊接，且沒有宏觀變形
6、，接頭殘余應(yīng)力小。因此，在本研究中真空熱壓擴(kuò)散焊接法是一種最為理想的制備鈦/鋼層狀復(fù)合材料的方法。②鈦/鋼層狀復(fù)合材料穩(wěn)定、連續(xù)的冶金式結(jié)合界面中間媒介金屬采用銅，銅與基體鋼屬于互溶體系，可以形成穩(wěn)定的連續(xù)型固溶體，從而為實現(xiàn)鈦/鋼層狀復(fù)合材料穩(wěn)定、連續(xù)的冶金式結(jié)合界面的形成奠定了基礎(chǔ)。研究現(xiàn)狀與結(jié)論4項目主要進(jìn)展2013年9-12月2014年1-9月立項通過。查找與課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，并對所閱讀的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)討論。制定與修改實驗方案，并對本實驗所需材料的制備根據(jù)實驗方案制備實驗所需試樣，實驗試樣的制備與試樣測試的準(zhǔn)備工作，聯(lián)系實驗室進(jìn)行實驗試樣的測試（三點彎曲和拉伸
7、實驗）研究現(xiàn)狀與結(jié)論42014年10月-11月2014年12月至今借助分析測試手段，研究鈦鋼界面形成機理與演變規(guī)律。探討復(fù)合過程工藝參數(shù)對界面形成的影響規(guī)律，總結(jié)此研究結(jié)果。研究鈦/鋼層狀復(fù)合材料制備關(guān)鍵技術(shù),研究鈦鋼界面形成機理與演變規(guī)律,整理實驗數(shù)據(jù)，調(diào)整和優(yōu)化實驗方案。拉伸實驗力學(xué)性能測試圖鈦/銅/鋼層狀復(fù)合板拉伸試驗結(jié)果圖界面抗拉強度與燒結(jié)溫度關(guān)系圖界面抗拉強度與保溫時間關(guān)系保溫時間相同時，隨著燒結(jié)溫度的升高，界面的抗拉強度隨之升高。因為溫度低時，原子互擴(kuò)散量少，抗拉強度低；而當(dāng)溫度提高時，原子互擴(kuò)散量提高，使抗拉強度升高。經(jīng)700-820℃
