中間夾層材料和保護(hù)氣體對(duì)不銹鋼碳鋼復(fù)合效果的影響

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

中間夾層材料采用自制的具有較好綜合性能的銀基助復(fù)合材料。主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，)為：Ag30，Cu25，Zn35，Ni10。中間夾層材料的成分設(shè)計(jì)借鑒了釬焊的相關(guān)理論，即銀對(duì)不銹鋼表面具有良好的浸潤性和焊接性；鎳則可以有效地防止碳從碳鋼一側(cè)向不銹鋼一側(cè)擴(kuò)散，避免發(fā)生影響復(fù)合強(qiáng)度的晶間腐蝕；而銅和鋅也具有較好的焊接性能，并能夠保證材料的經(jīng)濟(jì)性。

主要工藝步驟：碳鋼及不銹鋼表面的清理(除油、除脂、機(jī)械清理)一碳鋼表面涂鍍中間夾層材料一將不銹鋼與碳鋼的一端點(diǎn)焊一熱模擬實(shí)驗(yàn)。不銹鋼在復(fù)合前的清理：首先用丙酮進(jìn)行脫脂處理，然后用1O的HN0。溶液酸洗，用15%的NaOH溶液堿洗，烘干后進(jìn)行手工機(jī)械清刷，這樣就能夠獲得潔凈、干燥、帶有表面凸起的不銹鋼板。對(duì)于碳鋼表面的清理，主要有堿液除油、酸洗活化、鈍化處理、機(jī)械打磨等工序。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，采用傳統(tǒng)的熱軋工藝在壓力較小的情況下不能使不銹鋼與碳鋼之間實(shí)現(xiàn)良好復(fù)合。在無夾層材料助復(fù)合的條件下，單位壓力<40MPa時(shí)無法使兩種母材復(fù)合在一起；當(dāng)單位壓力提高到60MPa時(shí)，雖然兩種母材沒有分離，但復(fù)合強(qiáng)度很低，用手即可撕開。采用添加中間夾層材料的工藝則可以使復(fù)合板的剪切強(qiáng)度有明顯的提高，并且在較低的壓力下就可以使不銹鋼與碳鋼之間實(shí)現(xiàn)良好的復(fù)合。

中間夾層材料對(duì)復(fù)合效果的作用主要體現(xiàn)在擴(kuò)散方面，這其中既包括兩種母材向中間夾層的擴(kuò)散，也包括中間夾層向兩種母材的擴(kuò)散。隨著壓力的增大，中間夾層材料逐漸變薄。在壓力達(dá)到100MPa時(shí)，中間夾層材料幾乎已經(jīng)完全從復(fù)合板中擠出。這說明中間夾層材料主要是通過改善擴(kuò)散情況來使復(fù)合板的強(qiáng)度得到明顯提高。在實(shí)驗(yàn)中加壓、加熱和加中間夾層都是為了保證和促進(jìn)擴(kuò)散的充分進(jìn)行，良好的擴(kuò)散可以使母材之間形成牢固的冶金結(jié)合。

在不銹鋼與碳鋼進(jìn)行復(fù)合的過程中，去除覆蓋在不銹鋼表面上的致密氧化膜和防止加熱過程中的再次氧化是最主要的兩大難題。本實(shí)驗(yàn)采取在加熱過程中通入足量純凈的氬氣使這兩個(gè)問題得到了較好的解決。在使用氬氣作為保護(hù)氣體的條件下，不僅復(fù)合板的剪切強(qiáng)度有所上升，同時(shí)復(fù)合板的表面還能夠保持較好的光亮度。

在一定的氧分壓下，加熱至一定溫度后氧化物即可發(fā)生分解。但某些金屬氧化物在大氣中完全分解的數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)金屬氧化物在空氣中完全分解的溫度要高于其金屬的熔點(diǎn)甚至沸點(diǎn)。因此，在實(shí)驗(yàn)中不能期望單純依靠加熱來使氧化物分解從而達(dá)到去除氧化膜的目的。在提高加熱溫度的同時(shí)，如果使系統(tǒng)內(nèi)的氧分壓減小，氧化物分解的可能性將相應(yīng)地增大。在實(shí)驗(yàn)中采用惰性氣體氬氣進(jìn)行保護(hù)，大大降低了氧分壓。高溫和低氧分壓的條件會(huì)使母材表面的氧化物處于不穩(wěn)定狀態(tài)，或發(fā)生不完全分解，十分有利于去除氧化膜過程的進(jìn)行。

目前比較一致的看法是：在上述條件下變得不穩(wěn)定的氧化膜，因受液態(tài)中間夾層材料的吸附作用而本身強(qiáng)度降低，再加上金屬一氧化膜界面上的熱應(yīng)力作用而發(fā)生破碎，并伴隨著母材或其組元向液態(tài)中間夾層中的溶解，最終從母材表面脫落而被去除。白色部分為氧元素�？梢钥吹剑貉踉�素呈彌散分布，并且數(shù)量很少。這說明不銹鋼表面致密的氧化膜已經(jīng)遭到破壞，并在軋制過程中被擠出，僅有極少的部分殘存在復(fù)合面上。掃描電鏡的分析顯示：此時(shí)在不銹鋼表面由于壓力的作用形成了大量細(xì)小的裂口，新鮮的基體金屬充分暴露，不銹鋼與碳鋼之間形成了非常理想的冶金結(jié)合。

3結(jié)論

(1)采用在不銹鋼與碳鋼之間添加中間夾層材料的工藝可以使兩種母材在較低的壓力下實(shí)現(xiàn)良好的復(fù)合，克服了單純依靠冷軋工藝所存在的復(fù)合強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)。

(2)在加熱過程中采用氬氣保護(hù)，能夠有效地克服傳統(tǒng)熱軋工藝所存在的母材嚴(yán)重氧化的弊端，同時(shí)有助于去除不銹鋼表面氧化膜，提高復(fù)合板的剪切強(qiáng)度。

（來源：鋼鐵產(chǎn)業(yè)）