鉑鉭層狀復合材料及其制備方法

專利名稱：鉑鉭層狀復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及復合材料技術領域，更具體地說，涉及一種鉬鉭層狀復合材料及其制備方法。
背景技術：
在鉬族金屬及其合金中，由于鉬具有較高的熔點、良好的抗腐蝕性和抗氧化性、良好的成形性與可焊性而被廣泛應用于玻璃纖維和玄武巖纖維成型裝置。迄今為止，纖維成型所需的漏板材料全部為鉬及其合金材料。但是，鉬的價格昂貴，在高溫下長時間使用存在強度低，易產生蠕變變形和失效等問題。因此，研究拉絲漏板用鉬金的替代或部分替代材料具有非常重要的現實意義。對于金屬鉭而言，其具有熔點高和富有延展性的性質，可拉制成細絲或制成薄箔，具有極高的抗腐蝕性，非氧化性氣氛條件下高溫力學性能優異。但是，鉭在高溫條件下易氧化，由此限制了鉭材在玻璃纖維、玄武巖纖維領用中的應用。目前，陽極材料用鉬鉭復合材料及其制備方法已經得到了廣泛的研究，例如申請號為200810232472.4的中國專利文獻報道了一種鉬鉭鉬三層復合網及其制備方法，該復合網的基層為金屬鉭，復層為金屬鉬。通過復合后，層狀材料的電學性能接近純鉬，適應在腐蝕環境中長期使用，是一種理想的陽極材料。申請號為200820016646. 9的中國專利文獻報道了一種外加電流陰極保護系統中的輔助陽極，特別是一種港工用鉬-鉭網狀輔助陽極，應用于江河口地區和海淡水交替環境下外加電流陰極保護系統場合。上述的專利中涉及的鉬鉭層狀材料主要用作陽極材料，但是，其高溫力學性能較差，從而限制了其在纖維成型領域的應用。上述鉬鉭復合材料不能在ιιο(Γι5οο 的高溫熔融液體腐蝕性介質條件下正常工作，無法作為用于玻璃纖維和玄武巖纖維成型等的高溫結構材料使用。本發明人考慮，提供一種鉬鉭層狀復合材料及其制備方法，具有良好的高溫力學性能。

發明內容
有鑒于此，本發明解決要解決的技術問題在于，提供一種具有良好的高溫力學性能的鉬鉭層狀復合材料及其制備方法。為了解決以上技術問題，本發明提供一種鉬鉭層狀復合材料，包括強化型鉭板，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板；與所述強化型鉭板一側相結合的第一強化型鉬板，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板；所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為I飛5、優選的，所述第一強化型鉬板包括以下成分0 20wt% 的銠；余量為鉬。優選的，第一強化型鉬板包括以下成分
0 20wt% 的銠；0 2· 0wt%的氧化鋯；余量為鉬。優選的，所述強化型鉭板包括以下成分0 15wt% 的鎢；
余量為鉭。優選的，所述強化型鉭板包括以下成分0 40wt% 的鈮；余量為鉭。優選的，還包括與所述強化型鉭板另一側相結合的第二強化型鉬板，所述第二強化型鉬板為第二固溶強化型鉬板和/或第二彌散強化型鉬板；所述第二強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為I飛5、。相應的，本發明還提供一種鉬鉭層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟步驟a)將強化型鉭板與第一強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板，所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為廣5 5 9 ；步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到鉬鉭層狀復合材料。優選的，還包括強化型鉭板的預處理步驟，具體為將強化型鉭板在真空度為l.(Tl0X10-3Pa、溫度為100(Tl30(rC的條件下保溫3(Tl20min。優選的，還包括第一強化型鉬板的預處理步驟，具體為將第一強化型鉬板在90(Tl300°C保溫l(Tl20min。相應的，本發明還提供一種上述方案所述的鉬鉭層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟步驟a)將第一強化型鉬板、強化型鉭板與第二強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材；步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到層狀復合材料。本發明提供了一種鉬鉭層狀復合材料及其制備方法，包括強化型鉭板；與所述強化型鉭板一側相結合的第一強化型鉬板，所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為廣5 :5、。與現有技術相比，本發明利用了強化型鉭板與強化型鉬板，充分利用固溶強化和/或彌散強化的強化途徑，使層狀復合材料具有較高的高溫強度和高溫蠕變抗力，同時低溫塑性和可焊型無明顯損失，不影響該復合板材在后續的冷軋大變形加工。其次，通過調整第一強化型鉬板與強化型鉭板的厚度比，在保證鉬鉭層狀復合材料具有良好的高溫力學性能的同時，避免了鉬鉭層狀復合材料在高溫氧化性氣氛條件下使用時，鉭擴散至鉬板表面造成的復合材料失效現象的發生。


圖I為本發明實施例公開的鉬鉭層狀復合材料的制備工藝流程圖；圖2為本發明實施例公開的鉬鉭層狀復合材料結構示意圖；圖3為本發明實施例公開的另一種鉬鉭鉬層狀復合材料結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范 圍。本發明公開了一種鉬鉭層狀復合材料的制備方法，如圖I所示，為鉬鉭層狀復合材料的工藝流程圖，包括以下步驟步驟a)將強化型鉭板與第一強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板，所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為I飛5、；步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到鉬鉭層狀復合材料。作為優選方案，還包括強化型鉭板的預處理步驟，具體為將強化型鉭板在真空度為I. (TlOX 10_3Pa、溫度為100(Γ1300 的條件下保溫3(Tl20min。其中，所述真空度優選為
I.0 5 X10_3Pa，更優選為I. 0 4 X KT3Pa ;所述溫度優選為110(Tl20(TC，更優選為1200°C ；所述保溫時間優選為4(T80min，更優選為50min。另一方面，還包括第一強化型鉬板的預處理步驟，具體為將第一強化型鉬板在90(Tl30(rC保溫l(Tl20min。其中，溫度優選為100(Γ1200 ，更優選為1100°C ;所述保溫時間優選為15 30min，更優選為20min。本發明對于所述第一強化型鉬板的預處理步驟的真空度并無特別要求，無需對第一強化型鉬板退火處理過程中的真空度進行控制。通過上述對強化型鉭板與第一強化型鉬板的預處理即退火處理，去除了強化型鉭板與第一強化型鉬板的應力，避免了形成的鉬鉭層狀復合材料的開裂。為了保證爆炸復合過程中強化型鉭板與第一強化型鉬板之間緊密復合，優選包括對強化型鉭板與第一強化型鉬板進行清潔的步驟。其中對所述強化型鉭板的清潔步驟具體為利用有機溶劑擦洗所述強化型鉭板表面，然后將清洗后的強化型鉭板在稀鹽酸溶液中浸泡，浸泡時間優選為1(Γ30小時，更優選為15 25小時，更優選為20小時。對所述第一強化型鉬板的清潔步驟具體為利用有機溶劑擦洗所述第一強化型鉬板表面，然后將清洗后的第一強化型鉬板在稀鹽酸溶液中浸泡，浸泡時間優選為1(Γ30小時，更優選為15 25小時，更優選為20小時。本發明對于所述有機溶劑的選擇并無特別限制，可以采用本領域技術人員熟知的有機溶劑。同時，本發明對于采用的稀鹽酸的溶液的濃度并無特別限制。強化型鉭板與第一強化型鉬板分別進行上述退火處理與清洗處理后，將強化型鉭板與第一強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材。本發明對于所述爆炸復合的具體形式沒有特別限制，采用本領域技術人員熟知的工藝即可。上述爆炸復合形成的中間板材結合強度，可以經受多種和多次壓力加工，在壓力加工時，每道次變形量小于25%。作為優選，形成中間板材后優選對其進行退火處理。并且，對上述爆炸復合形成的中間板材進行軋制，在軋制后退火處理。即，對爆炸復合形成的中間板材進行反復的軋制和退火處理。本步驟中，退火處理的工藝為，所述真空度優選為5 X KT3Pa以下，更優選為I. OlXlO-3Pa ;所述溫度優選為110(Γ 200 ，更優選為1200°C ；所述保溫時間優選為2(T80min，更優選為50min。本步驟軋制的目的在于一方面通過冷軋生產更大、更薄的層狀復合薄板，克服爆炸復合材料在尺寸和形狀上的限制；另一方面通過多次的軋制-退火處理，可進一步提高基層板材與復層板材界面之間的貼合率，使界面結合強度進一步得到提高。最后進行剪裁清洗， 具體為利用剪板機將軋制成型后的層狀復合材料按尺寸進行剪裁，將剪裁好的薄板放入稀鹽酸溶液中浸泡10小時以上，沖洗、烘干后得到成品薄板以備用。采用爆炸-軋制復合法制備的強化型Pt/Ta層狀復合材料，層與層界面附近的材料達到冶金結合，具有結合強度高，可經受后續多種和多次壓力加工，可生產更大、更薄的層狀復合材料。本發明提供的制備方法組合裝配方式靈活，對于強化型鉬/鉭雙金屬復合板制造可以采用一次爆炸復合成型；而對于強化型鉬/強化型鉭/強化型鉬三層金屬復合板制造，既可以采用一次爆炸復合成型，也可以采用兩次爆炸復合成型。如圖2所示，上述方法制備得到的鉬鉭層狀復合材料包括強化型鉭板201，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板；與強化型鉭板201 —側相結合的第一強化型鉬板202，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板；第一強化型鉬板202與強化型鉭板201的厚度比為f 5 :5、。作為優選方案，所述第一強化型鉬板包括以下成分(T20wt%的銠；余量為鉬；優選的，包括以下成分5 10wt%的銠；余量為鉬。或者，第一強化型鉬板為彌散強化型鉬銠合金板，包括以下成分(T20wt%的銠；(T2. 0wt%的氧化鋯；余量為鉬；優選的，包括以下成分5 10wt%的銠；0. Γ0. 6wt%的氧化鋯；余量為鉬。其中，氧化鋯作為彌散強化相。所述強化型鉭板包括以下成分(Tl5Wt%的鎢；余量為鉭；優選的，包括以下成分5 10wt%的鎢；余量為鉭；更優選的，包括以下成分7. 5 10wt%的鎢，余量為鉭。即所述強化型鉭板可以采用Ta-7. 5W或Ta-IOW合金板，該合金板是最早研究成功并投入應用的合金，具有良好的綜合性能。或者，所述強化型鉭板包括以下成分(T40wt%的鈮；余量為鉭。優選的，強化型鉭板包括以下成分(Tl0wt%的鈮，余量為鉭；更優選的，強化型鉭板包括以下成分10wt%的鈮；余量為鉭。本發明采用的鉭合金具有如下特點合金在很寬的溫度范圍內有較高的瞬時強度和良好的可加工性，可制成棒、管和板材應用；合金有良好的可變形和焊接性；氬弧焊和電子束焊的工件在室溫和低溫下塑性良好。同時，本發明調整第一強化型鉬板與強化型鉭板的厚度比，在保證鉬鉭層狀復合材料具有良好的高溫力學性能的同時，避免鉬鉭層狀復合材料在高溫氧化性氣氛條件下使用時，鉭擴散至鉬板表面造成的復合材料失效現象的發生。所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比優選為I飛5 9，更優選為廣4 :5 8。同時，本發明還提供一種三層鉬鉭層狀復合材料及其制備方法，包括以下步驟步驟a)將第一強化型鉬板、強化型鉭板與第二強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材；步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到鉬鉭層狀復合材料。上述三層鉬鉭層狀復合材料的制備可以采用一次爆炸復合成型，也可以采用兩次爆炸復合成型。三層鉬鉭層狀復合材料的制備方法與上述鉬鉭層狀復合材料的制備方法相同。如圖3所示，所述鉬鉭鉬層狀復合材料包括強化型鉭板301，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板；與強化型鉭板301 —側相結合的第一強化型鉬板302，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板；第一強化型鉬板302與強化型鉭板301的厚度比為I飛5、；與強化型鉭板301另一側相結合的第二強化型鉬板303，所述第二強化型鉬板為第二固溶強化型鉬板和/或第二彌散強化型鉬板；第二強化型鉬板303與強化型鉭板301的厚 度比為f 5 :5、。上述三層鉬鉭層狀復合材料采用的強化型鉭板、第一強化型鉬板分別與雙層鉬鉭層狀復合材料采用的強化型鉭板、第一強化型鉬板相同，而所述第二強化型鉬材與第一強化型鉬材相同。本發明調整第一強化型鉬板、第二強化型鉬板與強化型鉭板的厚度比，在保證鉬鉭層狀復合材料具有良好的高溫力學性能的同時，避免鉬鉭層狀復合材料在高溫氧化性氣氛條件下使用時，鉭擴散至鉬板表面造成的復合材料失效現象的發生。所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比優選為1飛5 9，更優選為廣4 5^8 ;所述第二強化型鉬板303與所述強化型鉭板301的厚度比優選為I飛5 9，更優選為1 4 :5 8。本發明提供的鉬鉭層狀復合材料及其制備方法具有如下特點①本發明利用了強化型鉭板與強化型鉬板，充分利用固溶強化和/或彌散強化相結合的強化途徑，使層狀復合材料具有更高的高溫強度和高溫蠕變抗力，但同時低溫塑性和可焊型無明顯損失，不影響該復合板材在后續的冷軋大變形加工。②經濟及社會價值高，有效提高了貴金屬鉬、銠，以及鉭原料的利用率，節約資源，降低成本。綜上所述，本發明采用耐腐蝕、可加工性和可焊性良好，且高溫強度和高溫蠕變抗力性能優異的鉭基材料作為層狀復合材料的基板，采用高溫抗氧化性優異的強化型鉭板即鉬基材料作為復板，充分發揮二者的優勢功能，且進一步采用固溶強化和/或彌散強化方式提高層狀材料的高溫力學性能。同時采用爆炸-軋制復合法制備的層狀復合材料工藝簡單，層與層間界面附近達到冶金結合，層狀材料具有結合強度高的優點，可經受后續多次壓力加工，所生產的材料適用于各領域所需的高溫結構材料。本發明不僅可以節約貴金屬鉬、銠和難熔金屬鉭資源，而且可以顯著提高Pt/Ta層狀復合材料的高溫強度和高溫蠕變抗力。為了進一步說明本發明的技術方案，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實施例采用的原料均為市購。實施例I以強化型鉬/強化型鉭雙層金屬復合板為例進行說明，其基層為Ta-W強化型板材，復層為Pt-Rh合金板材。(I)原材料準備取一塊采用真空熔煉制備的厚度為9mm的強化型Ta-IOW板材，剪切成9 X 70 X 150mm板材作為基板，再取一塊采用中頻真空感應熔煉法制備的厚度為Imm的強化型Pt-IORh合金板材，剪切成I X 70 X 150mm板材作為復板。
(2)板材退火處理采用真空熱處理爐對步驟(I)的鉭板、鉬板進行退火處理。鉭板退火工藝先將加熱室的真空度控制在2. 6X10_3Pa以下，然后開始加熱升溫，保溫溫度為1200°C，保溫時間為50min，隨爐冷卻；鉬板退火工藝加熱溫度為1100°C，保溫時間為15min。(3)板材表面清潔將經過步驟(2)處理的鉭板和鉬板用有機溶劑擦洗表面，再將鉭板和鉬板放入稀鹽酸溶液中浸泡20小時。(4)爆炸復合采用一次裝配復合法對所述雙層金屬復合板的兩個組件進行組合裝配及爆炸復合處理。
(5)軋制復合將步驟(4)制得的爆炸復合坯板用軋機進行反復軋制、退火處理，直到加工成所需厚度的薄板。對于上步經爆炸復合后的復合坯板有高的結合強度，能經受多種和多次壓力加工，在壓力加工時，每道次變形量小于25%，中間進行真空退火處理。退火工藝先將加熱室的真空度控制在2. 6X 10_3Pa以下，才能開始加熱升溫，保溫溫度為1200°C，保溫時間為30min。(6)剪裁清洗用剪板機將軋制成型后的層狀復合材料按尺寸要求進行剪裁，將剪裁好的薄板放入稀鹽酸溶液中浸泡10小時以上，最后沖洗、烘干后得到成品薄板以備用。對本實施例制備的鉬鉭層狀復合材料在1300°C下進行測試，其抗拉強度在IOOMPa以上，斷裂強度在IOMPa以上。實施例2以彌散強化型鉬合金/強化型鉭/彌散強化型鉬合金三層金屬復合板為例進行說明，其基層為Ta-Nb強化型板材，復層為彌散強化Pt-Rh合金板材。(I)原材料準備取一塊采用真空熔煉制備的厚度為8mm的強化型Ta-Nb板材，剪切成8X 100X 150mm板材作為基板，再取兩塊采用中頻真空感應熔煉法制備的厚度為2mm的彌散強化Pt-5wt%Rh合金板材，剪切成I X 100 X 150mm板材作為復板。(2)板材退火處理采用真空熱處理爐對步驟(I)的鉭板、鉬板進行退火處理。鉭板退火工藝先將加熱室的真空度控制在2. OX 10_3Pa，才能開始加熱升溫，保溫溫度為1100°C，保溫時間為60min，隨爐冷卻；鉬板退火工藝加熱溫度為1200°C，保溫時間為20mino(3)板材表面清潔將經過步驟(2)處理的鉭板和鉬板用有機溶劑擦洗表面，再將鉭板和鉬板放入稀鹽酸溶液中浸泡15小時。(4)爆炸復合采用一次裝配復合法或兩次裝配復合法對所述三層金屬復合板的三個組件進行組合裝配及爆炸復合處理。(5)軋制復合將步驟(4)制得的爆炸復合坯板用軋機進行反復軋制、退火處理，直到加工成所需厚度的薄板。對于上步經爆炸復合后的復合坯板有高的結合強度，能經受多種和多次壓力加工，在壓力加工時，每道次變形量小于25%，中間需經真空退火處理。退火工藝先將加熱室的真空度控制在2. OX 10_3Pa以下，然后開始加熱升溫，保溫溫度為1100°c，保溫時間為20min。(7)剪裁清洗用剪板機將軋制成型后的層狀復合材料按尺寸要求進行剪裁，將剪裁好的薄板放入稀鹽酸溶液中浸泡15小時以上，最后沖洗、烘干后得到成品薄板以備用。對本實施例制備的鉬鉭層狀復合材料在1300°C下進行測試，其抗拉強度在IOOMPa以上，斷裂強度在IOMPa以上。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精 神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種鉬鉭層狀復合材料,包括 強化型鉭板，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板； 與所述強化型鉭板一側相結合的第一強化型鉬板，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板； 所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為廣5 :5、。
2.根據權利要求I所述的鉬鉭層狀復合材料，其特征在于，所述第一強化型鉬板包括以下成分 0 20wt%的銠； 余量為鉬。
3.根據權利要求I所述的鉬鉭層狀復合材料，其特征在于，第一強化型鉬板包括以下成分 0 20wt%的銠； 0 2. Owt%的氧化錯； 余量為鉬。
4.根據權利要求I所述的鉬鉭層狀復合材料，其特征在于，所述強化型鉭板包括以下成分 0 15wt%的鎢； 余量為鉭。
5.根據權利要求I所述的鉬鉭層狀復合材料，其特征在于，所述強化型鉭板包括以下成分 O 40wt%的銀； 余量為鉭。
6.根據權利要求I所述的鉬鉭層狀復合材料，其特征在于，還包括 與所述強化型鉭板另一側相結合的第二強化型鉬板，所述第二強化型鉬板為第二固溶強化型鉬板和/或第二彌散強化型鉬板； 所述第二強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為廣5 :5、。
7.—種鉬鉭層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟 步驟a)將強化型鉭板與第一強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板材，所述強化型鉭板為固溶強化型鉭板和/或彌散強化型鉭板，所述第一強化型鉬板為第一固溶強化型鉬板和/或第一彌散強化型鉬板，所述第一強化型鉬板與所述強化型鉭板的厚度比為廣5 5 9 ； 步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到鉬鉭層狀復合材料。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，還包括強化型鉭板的預處理步驟，具體為 將強化型鉭板在真空度為I. (TlO X 10_3Pa、溫度為1000 1300 V的條件下保溫3(Tl20min。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，還包括第一強化型鉬板的預處理步驟，具體為 將第一強化型鉬板在90(Tl300°C保溫l(Tl20min。
10.一種權利要求6所述的鉬鉭層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟步驟a)將第一強化型鉬板、強化型鉭板與第二強化型鉬板進行爆炸復合，得到中間板 材；步驟b)將所述中間板材進行軋制，退火處理后得到層狀復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種鉑鉭層狀復合材料及其制備方法，包括強化型鉭板；與所述強化型鉭板一側相結合的第一強化型鉑板，所述第一強化型鉑板與所述強化型鉭板的厚度比為1~55~9。與現有技術相比，本發明利用了強化型鉭板與強化型鉑板，充分利用固溶強化和/或彌散強化的強化途徑，使層狀復合材料具有更高的高溫強度和高溫蠕變抗力，同時低溫塑性和可焊型無明顯損失，不影響該復合板材在后續的冷軋大變形加工。其次，通過調整第一強化型鉑板與強化型鉭板的厚度比，在保證鉑鉭層狀復合材料具有良好的高溫力學性能的同時，避免了鉑鉭層狀復合材料在高溫氧化性氣氛條件下使用時，鉭擴散至鉑板表面造成的復合材料失效現象的發生。
文檔編號B32B37/10GK102765228SQ2012102850
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者尹偉, 楊宗倫 申請人:重慶國際復合材料有限公司