钛-钢和铜-钢爆炸复合板的性能及界面微观组织结构

摘要

金属复合板可充分利用其组成材料的物理、化学和力学性能，同时又可节省大量稀贵金属的使用，兼有性能和成本上的双重优势，被广泛应用于石油化工、船舶、军工和原子能等许多工业领域中。采用爆炸焊接方法可将同种或异种金属板材在瞬间实现牢固结合，是一种重要的复合板制造技术，在工业生产中应用广泛。由于影响爆炸复合板质量的工艺因素众多，爆炸焊接时，如果工艺控制不当，将导致在复合板的结合界面处出现未焊合、夹渣、以及微裂纹等缺陷，严重降低复合板的使用性能。基于此，本文采用爆炸焊接方法制备在工业生产中具有广泛应用前景的TA2-Q345复合板、B30-Q345复合板，并对获得复合板的力学性能和微观组织结构进行系统的测试分析，优化试验条件下的爆炸工艺参数，以期为异种金属复合板在实际生产中推广应用提供理论指导和技术支持。
　　力学性能测试结果表明，TA2-Q345复合板和B30-Q345复合板的抗拉强度分别为550MPa、483.3MPa，均大于理论计算复合板的抗拉强度；两种复合板的剪切强度分别为222.3MPa、220.1MPa；180°内、外弯曲试验结果显示，复合板试样表面无裂纹，结合界面未发生分离；显微硬度分布测试结果表明，在复合板结合界面处显微硬度达到最高值，距界面处越远，显微硬度值越低，导致硬度升高的主要原因是塑性变形引起的加工硬化。
　　利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）以及透射电镜（TEM）分别对TA2-Q345、B30-Q345复合板的结合界面进行显微组织观察、化学成分分析、相结构组成分析和微观亚结构分析。结果表明，两种复合板的结合界面均为周期性波状结合，其中钛-钢复合板为大波状结合，且呈现波前漩涡特征；而铜-钢复合板为小波状结合。结合界面两侧金属发生强烈塑性变形，在 TA2母材侧形成绝热剪切线（ASB），它是材料在高应变速率下发生强烈塑性变形产生的结果，同时也是一种裂纹源。元素线扫描分析发现，在结合界面处，复合板结合界面处主要合金元素呈明显浓度梯度分布，并发生元素互扩散现象，不过根据 XRD分析及TEM观察结果，在结合界面处并未发现有脆硬金属间化合物等有害相析出。
　　通过测试动电位极化曲线和交流阻抗谱（EIS），分析研究两种复合板在人工海水中的电化学腐蚀性能，并与复层母材TA2纯钛、B30白铜的电化学腐蚀性能进行对比。结果表明，复合板和复层母材在试验条件下都表现出钝性，腐蚀速率都较小，并未发现明显点蚀现象。相比较而言，复层母材的腐蚀电流更小，耐蚀性能更好，而复合板的耐蚀性能略有下降。交流阻抗谱测试结果显示，TA2纯钛、B30白铜表面的钝化膜更为稳定，测试结果与动电位极化曲线测试结果相一致。在本文中试验条件下，尽管与母材本身的耐腐蚀性能相比，两种复合板的耐腐蚀性能都有所下降，但下降的幅度较小，能够满足实际工程结构对其耐蚀性能的要求。

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图、表清单

第一章 绪论

1.1 金属复合板简介

1.2 爆炸焊接技术概述

1.3 钢基爆炸焊接复合板的研究进展

1.4 本课题的主要研究内容及具体方案

第二章 钛-钢和铜-钢复合板爆炸焊接工艺及试验分析

2.1 试验材料

2.2 爆炸焊接工艺过程

2.3 钢基爆炸复合板试验分析

第三章 TA2-Q345复合板的力学性能及结合界面微观分析

3.1 TA2-Q345复合板力学性能测试

3.2 TA2-Q345复合板结合界面微观组织结构

3.3 本章小结

第四章 B30-Q345复合板的力学性能及结合界面微观分析

4.1 B30-Q345复合板力学性能测试

4.2 B30-Q345复合板结合界面微观组织结构

4.3 本章小结

第五章 钢基爆炸复合板的电化学腐蚀性能

5.1 金属的腐蚀分类及电化学腐蚀原理

5.2 电化学腐蚀测试的特点和方法

5.3试验方法及过程

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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