基于Ga改性的TiC动态隔离膜对钛/钢复合板界面结合强度的影响

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钛/钢复合板是海洋、航天、化工、能源等领域关键基础材料。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,环境污染严重。轧制复合法是异质金属复合材料制备的重要方法。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,而且轧制设备能力也成为制约生产的关键瓶颈。为解决上述问题,本项目通过钛表面改性,在钛表面引入α-Ti稳定元素Ga实现调控动态TiC隔离膜,控制高温阶段的复合界面组织。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。α-Ti+β-Ti复合结构可以抑制C向钛侧的扩散,在复合界面形成均匀且连续的动态TiC膜。动态TiC膜与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。抑制界面Fe-Ti脆性相的形成,实现在900℃条件下制备钛/钢异质金属复合材料。为钛钢复合板制备工艺及实际生产提供理论依据和数据支撑。