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隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，金屬?gòu)?fù)合板作為傳統(tǒng)材料的創(chuàng)新替代品，不僅繼承了基板和復(fù)合板各自的優(yōu)點(diǎn)，還大幅減少了稀貴金屬的使用，有效降低了生產(chǎn)成本，展現(xiàn)出卓越的性價(jià)比。因此，它在艦艇船舶、海洋工程、石化裝備等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。鈦/鋼、哈氏合金/鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼/鋼等高性能功能金屬?gòu)?fù)合板及其加工成型技術(shù)，已被列為《國(guó)家新材料發(fā)展指南》中的高新技術(shù)產(chǎn)品，成為各省市重點(diǎn)支持的前沿新材料產(chǎn)業(yè)。本文旨在介紹爆炸、軋制及爆炸+軋制三種復(fù)合技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，探討這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為高性能功能金屬?gòu)?fù)合板加工技術(shù)的未來發(fā)展指明方向，以期為新型金屬?gòu)?fù)合板及其制造工藝的研發(fā)提供指導(dǎo)。

1. 爆炸復(fù)合技術(shù)

1.1 爆炸復(fù)合工藝原理及優(yōu)點(diǎn)

爆炸復(fù)合法通過將兩種或多種金屬板疊加，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力，促使復(fù)板與基板之間形成冶金結(jié)合。這種方法不僅工藝簡(jiǎn)便，還能使熱膨脹系數(shù)差異較大的金屬實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合。爆炸焊接過程短暫，瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境有效避免了金屬間化合物的生成，確保復(fù)合板具有較高的界面結(jié)合強(qiáng)度和優(yōu)良的后續(xù)加工性能。

圖1 平行放置法爆炸焊接復(fù)合板安裝示意圖

圖2 爆炸焊接復(fù)合板生產(chǎn)工藝流程示意圖

1.2 爆炸復(fù)合工藝的發(fā)展歷程

爆炸復(fù)合技術(shù)的理論基礎(chǔ)由美國(guó)科學(xué)家Carl首次提出，而實(shí)際的爆炸焊接試驗(yàn)則由Philichuk于1959年完成，成功制備了全球首塊鋁/鋼爆炸焊接復(fù)合板。中國(guó)自1963年起開始研究爆炸成型工藝，經(jīng)過多方努力，于1966年研制出國(guó)內(nèi)首塊爆炸焊接試驗(yàn)板，并于1968年將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。大連爆炸加工研究所于1970年成功開發(fā)出海軍艦艇換熱器用爆炸焊接金屬?gòu)?fù)合板，標(biāo)志著該技術(shù)在軍事領(lǐng)域的首次應(yīng)用。歷經(jīng)近六十年的發(fā)展，中國(guó)在爆炸復(fù)合技術(shù)上取得了顯著成就，開發(fā)出80多種材料組合的爆炸焊接產(chǎn)品，涵蓋不銹鋼/鋼、鈦/鋼等多種高性能復(fù)合板，年產(chǎn)能突破100萬(wàn)噸，產(chǎn)品性能優(yōu)異，遠(yuǎn)銷國(guó)際市場(chǎng)。

1.3 爆炸復(fù)合工藝的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

當(dāng)前，爆炸復(fù)合技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中在低爆速低猛度炸藥的配方與制備、雙面多塊同步爆炸復(fù)合工藝的研發(fā)等方面。例如，安徽理工大學(xué)開發(fā)了低密度、高爆速的膨化硝銨炸藥，顯著提升了復(fù)合板的質(zhì)量。江蘇潤(rùn)邦新材料公司與陸軍工程大學(xué)合作，利用ANSYS軟件優(yōu)化了多板復(fù)合的位置和間距參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)同時(shí)爆炸焊接，大幅提高了生產(chǎn)效率。然而，隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，特別是大型化、專業(yè)化設(shè)備的興起，大幅面復(fù)合板的供應(yīng)成為瓶頸。爆轟波的穩(wěn)定性隨板幅面積增加而減弱，導(dǎo)致邊部不貼合等質(zhì)量問題頻發(fā)。此外，炸藥用量的增加帶來了安全管理的復(fù)雜性和環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，通過技術(shù)創(chuàng)新減少炸藥使用，提升工藝的自動(dòng)化水平。

圖3 雙立法爆炸焊接復(fù)合板安裝示意圖

2. 軋制復(fù)合技術(shù)

2.1 軋制復(fù)合工藝原理及優(yōu)點(diǎn)

軋制復(fù)合技術(shù)基于“薄膜破裂理論”，通過軋機(jī)的壓力作用，使待復(fù)合的金屬表面形成緊密的結(jié)合。該技術(shù)不受氣候和環(huán)境影響，適合規(guī)?；a(chǎn)，具有生產(chǎn)效率高、交貨周期短、產(chǎn)品幅面大等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 銅鋼、鋁鋼、鈦鋼復(fù)合板材

2.2 軋制復(fù)合工藝的研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)50年代美國(guó)首次提出軋制復(fù)合理論以來，前蘇聯(lián)和歐美等國(guó)相繼開展了深入研究。研究表明，復(fù)合板的界面結(jié)合強(qiáng)度受軋制溫度、壓下率、軋制速度等參數(shù)的影響，同時(shí)也與材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。目前，軋制復(fù)合技術(shù)主要分為熱軋、冷軋、異步軋制和真空軋制四大類。

圖5  軋制復(fù)合板生產(chǎn)工藝流程圖

2.3 軋制復(fù)合工藝的分類

• 熱軋復(fù)合法：在高溫下進(jìn)行軋制，雖然技術(shù)成熟，但易導(dǎo)致界面氧化，影響結(jié)合質(zhì)量。

• 冷軋復(fù)合法：在室溫下進(jìn)行，避免了介面氧化，但對(duì)軋機(jī)的要求較高，成材率較低。

• 異步軋制復(fù)合法：通過調(diào)整上下軋輥的速度差，促進(jìn)金屬原子的擴(kuò)散，降低軋制壓力，提高結(jié)合強(qiáng)度。

• 真空軋制復(fù)合法：在高真空環(huán)境中進(jìn)行，有效防止界面氧化，提高結(jié)合強(qiáng)度，適用于易氧化金屬的復(fù)合。

3. 爆炸+軋制復(fù)合技術(shù)

爆炸+軋制復(fù)合技術(shù)結(jié)合了爆炸和軋制兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，先通過爆炸法制成較厚的坯料，再利用軋機(jī)將其軋制成所需尺寸。這種方法不僅保證了界面的高結(jié)合強(qiáng)度，還能改善復(fù)合板的表面質(zhì)量。然而，該工藝的復(fù)雜性和高昂的成本仍是其推廣應(yīng)用的障礙。

圖6 真空軋制復(fù)合板板坯焊接封裝預(yù)處理流程圖

4. 結(jié)論與展望

金屬?gòu)?fù)合板在高耐蝕性、高性價(jià)比方面表現(xiàn)出色，廣泛應(yīng)用于軍事、化工、能源等領(lǐng)域。盡管目前已有多種復(fù)合技術(shù)，但每種方法都存在特定的優(yōu)缺點(diǎn)。未來，通過技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，解決熱軋界面氧化、冷軋成材率低等問題，將是金屬?gòu)?fù)合板加工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向。實(shí)現(xiàn)多材料、多層次的先進(jìn)功能結(jié)構(gòu)一體化材料的有效組合，將是這一領(lǐng)域的重要目標(biāo)。