層狀金屬?gòu)?fù)合材料加工技術(shù)研究現(xiàn)狀

田廣民，李選明，趙永慶，劉彩利，賀林娜，劉嘯鋒

(西北有色金屬研究院，陜西 西安710016)

1 前言

近年來(lái)，金屬?gòu)?fù)合材料逐漸地從軍事國(guó)防向民用領(lǐng)域滲透，如今已在陸上運(yùn)輸、民航、工業(yè)和體育休閑產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，形成了年產(chǎn)量近5 000 t、年產(chǎn)值近20億美元的工業(yè)部門(mén)。2008年全世界的金屬基復(fù)合材料市場(chǎng)總量達(dá)到4 400 t，并且在2013年以前將保持5.9%的年增長(zhǎng)率。金屬?gòu)?fù)合材料可應(yīng)用于陸上運(yùn)輸、電子/熱控、航空航天、工業(yè)、消費(fèi)品等5大領(lǐng)域，如圖1所示[1]，其中陸上運(yùn)輸(包括汽車(chē)和軌道車(chē)輛)和高附加值散熱組件仍然主導(dǎo)市場(chǎng)，用量占比分別超過(guò)60%和30%。

層狀金屬?gòu)?fù)合材料是采用高能率加工技術(shù)，把兩種甚至多種用普通加工技術(shù)(如焊接等)不能連接的不同金屬材料復(fù)合成為一體的新型功能材料和高新技術(shù)產(chǎn)品。層狀金屬?gòu)?fù)合材料綜合了各組元優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，可改善材料的力學(xué)性能、熱電性能、磁性、成形性、焊接性、耐腐蝕性等諸多性能，有優(yōu)異的綜合性能，廣泛用于汽車(chē)、機(jī)械、船舶、冶金、礦山、航空、航天、航海、民用產(chǎn)品、生活用品、石油化工、能源、電力、環(huán)保設(shè)備和化工設(shè)備等方面[2]。經(jīng)過(guò)多年研究，其在爆炸焊接復(fù)合、軋制復(fù)合和爆炸－軋制復(fù)合等加工制備方法、理論研究和應(yīng)用方面都有了很大的發(fā)展。

圖1 金屬基復(fù)合材料全球市場(chǎng)及展望Fig.1 Global markets and the prospect of metal matrix composites

2 爆炸焊接復(fù)合法

爆炸焊接是用炸藥作能源進(jìn)行金屬間焊接的一門(mén)新興的邊緣學(xué)科和很有實(shí)用價(jià)值的高新技術(shù)。它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬?gòu)?fù)合材料。其復(fù)合法與其它方法的區(qū)別在于[3]:瞬間高溫高壓和高的冷卻速率;高的應(yīng)變速率;作用載荷的局部性和移動(dòng)性;復(fù)合板復(fù)合界面呈現(xiàn)波狀結(jié)合;不受材料熔點(diǎn)、塑性限制，復(fù)合尺寸規(guī)格靈活。爆炸焊接復(fù)合法主要適合于單張面積較大、厚的復(fù)合板材產(chǎn)品或復(fù)合板坯、多層復(fù)合板的生產(chǎn)。采用爆炸焊接復(fù)合法已經(jīng)能夠成功地進(jìn)行300多種金屬的復(fù)合，有50多種實(shí)用的金屬組合正在投入實(shí)際使用，如鈦/鋼、鈦/鋼/不銹鋼、鈦/不銹鋼、鈦/銅、不銹鋼/鋼、銅/鋼、銅/銀等。

2.1 爆炸焊接復(fù)合法機(jī)理研究

爆炸焊接是以炸藥為能源進(jìn)行金屬間焊接的方法，它可將性能不同、特別是互不相熔的金屬?gòu)?fù)合成一體。這種焊接是利用雷管引爆炸藥爆轟，爆炸產(chǎn)生的高壓脈沖載荷作用在復(fù)板上，驅(qū)動(dòng)復(fù)板在數(shù)微秒內(nèi)被加速到每秒幾百米的速度;從引爆位置開(kāi)始，復(fù)層板依次與基層板形成高速傾斜碰撞。兩金屬相撞產(chǎn)生的壓力大大超過(guò)金屬的動(dòng)態(tài)屈服極限，在碰撞點(diǎn)鄰近區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)生高速而劇烈的塑性形變(形變率可達(dá)99.99%以上)。這是一個(gè)絕熱過(guò)程，兩種待結(jié)合的金屬表面，在瞬間形成類(lèi)似于流體一樣的行為，形成兩股運(yùn)動(dòng)方向相反的金屬射流，位于碰撞點(diǎn)前的自由射流向未結(jié)合區(qū)的空間高速?lài)姵?，沖刷掉兩金屬待結(jié)合表面的氧化膜、污染物等，顯露出潔凈的活性表面，為實(shí)現(xiàn)焊接提供了必要條件;其后的金屬射流在高壓下形成波狀的冶金結(jié)合。見(jiàn)下圖2。

圖2 爆炸焊接原理圖Fig.2 Schematic diagram of explosive welding

迄今為止，能夠全面、準(zhǔn)確地解釋爆炸焊接結(jié)合機(jī)理的理論尚未形成。1961年，Philipchuk提出爆炸熔化焊接理論，認(rèn)為高速金屬射流的動(dòng)能在瞬間為交界面金屬的熔化提供了足夠的熱能，使交界面金屬熔化焊合。1970年，Grossland等提出爆炸壓力焊接理論，認(rèn)為只要高水平的爆炸壓力維持足夠長(zhǎng)時(shí)間，交界面就會(huì)產(chǎn)生很大塑性變形，金屬射流就會(huì)使金屬體產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)合。1984年，Hammerschmidt等提出熔化焊理論的另一種解釋?zhuān)J(rèn)為熔化后的高速冷卻作用使金屬得以結(jié)合。然而熔化焊接理論無(wú)法解釋非常薄的金屬板的爆炸焊接現(xiàn)象。鄭遠(yuǎn)謀[4－5]則認(rèn)為，波狀結(jié)合面的形成是爆炸荷載以波的形式向前傳遞并作用在復(fù)板上，使復(fù)板產(chǎn)生波狀塑性變形的結(jié)果，并由此提出爆炸焊接是壓力焊、熔化焊和擴(kuò)散焊“三位一體”的綜合作用機(jī)理。然而，如何確定3種作用以及射流對(duì)爆炸焊接的貢獻(xiàn)等問(wèn)題，目前尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。史長(zhǎng)根等[6]對(duì)爆炸焊接結(jié)合界面的3種形式進(jìn)行了研究，認(rèn)為界面熔化是爆炸焊接產(chǎn)生的結(jié)果，不是爆炸焊接結(jié)合的原因，同時(shí)指出爆炸焊接是一種特殊的壓力焊。

有關(guān)爆炸焊接機(jī)理人們提出了多種解釋?zhuān)捎诒ê附舆^(guò)程的瞬態(tài)性、爆炸焊接動(dòng)力過(guò)程的復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)手段和儀器方面的欠缺，現(xiàn)有的各種理論均不能全面、準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)亟忉尡ê附拥淖饔眠^(guò)程和成波機(jī)理，爆炸焊接理論仍有待于進(jìn)一步探索和完善。

2.2 爆炸焊接復(fù)合法工藝技術(shù)研究

2.2.1 布藥工藝

爆炸焊接的布藥工藝直接影響爆炸荷載的強(qiáng)度及作用方式，進(jìn)而影響復(fù)合板的質(zhì)量。周春化等[7－8]研究表明，不等厚度布藥工藝產(chǎn)品的質(zhì)量明顯優(yōu)于等厚度布藥工藝，原因在于不等厚度布藥能夠使復(fù)板各點(diǎn)處的爆炸荷載基本保持不變，從而使復(fù)板、基板的碰撞速度也基本保持不變，進(jìn)而有效地避免了焊接界面因碰撞速度前后起伏過(guò)大而導(dǎo)致的間隙、空洞等缺陷，提高了復(fù)合板的結(jié)合質(zhì)量。爆炸焊接復(fù)合板的邊界往往會(huì)出現(xiàn)不結(jié)合區(qū)，尤其是厚復(fù)板的爆炸焊接，這種現(xiàn)象稱(chēng)爆炸焊接的邊界效應(yīng)。采取不等厚布藥工藝雖能改善交界面的結(jié)合質(zhì)量，但卻不能消除邊界效應(yīng)，王飛等[9]通過(guò)增加布藥寬度以及減薄飛板邊部厚度、開(kāi)應(yīng)力槽等方法，較好地解決了邊界效應(yīng)問(wèn)題。陳青術(shù)[10]認(rèn)為，炸藥爆炸時(shí)兩側(cè)裝藥寬度以及起爆端的稀疏波所引起的裝藥邊界能量不足是造成復(fù)合板邊界效應(yīng)的關(guān)鍵因素，為此設(shè)計(jì)了倒四棱臺(tái)型裝藥結(jié)構(gòu)。黃銅－A3鋼的爆炸焊接試驗(yàn)表明，這種裝藥結(jié)構(gòu)能夠有效消除邊界效應(yīng)。這種新型裝藥結(jié)構(gòu)可提高大板、超大板的爆炸焊接質(zhì)量和復(fù)合板的成材率。

2.2.2 起爆方式

目前，用于爆炸焊接的起爆方式有中心起爆和邊緣起爆兩種。史長(zhǎng)根等[11]進(jìn)行了兩種起爆方式下SA266－304的爆炸焊接試驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量的對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在相同焊接參數(shù)條件下，采用中心起爆方式可獲得最佳的焊接界面。但是這種結(jié)論對(duì)管狀材料的爆炸焊接則不適用[12]，而且焊接質(zhì)量的好壞還受到布藥工藝等多個(gè)因素的影響，因此有關(guān)起爆方式問(wèn)題還有待系統(tǒng)研究。

2.2.3 炸藥配制

爆炸焊接所用炸藥多為現(xiàn)場(chǎng)配置的低爆速炸藥。陳青術(shù)[10]向2#巖石硝銨炸藥中添加食鹽和膨脹珍珠巖，配制出一種爆速可調(diào)的爆炸焊接專(zhuān)用低爆速炸藥，該炸藥具有很好的小直徑起爆感度。黃銅－A3鋼爆炸焊接試驗(yàn)表明，該炸藥爆速穩(wěn)定，且能保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，但是否適用于其他金屬的爆炸焊接，還有待于研究。實(shí)踐表明，粉狀炸藥布藥時(shí)密度很難控制，導(dǎo)致爆炸速度不穩(wěn)定，尤其是管狀材料焊接時(shí)布藥更為困難。

目前，用于各種材料爆炸焊接的炸藥基本上是通過(guò)常用工業(yè)炸藥加工而成，存在爆速不穩(wěn)定、不容易鋪設(shè)等問(wèn)題，從而影響焊接質(zhì)量，因此急需研制適合爆炸焊接特點(diǎn)、價(jià)格低廉、爆速穩(wěn)定、便于各種形狀金屬焊接布藥需要的可塑性專(zhuān)用炸藥。

2.2.4 工藝參數(shù)選擇

爆炸焊接工藝參數(shù)有數(shù)十個(gè)、甚至上百個(gè)之多，包括炸藥特征參數(shù)、緩沖材料參數(shù)、焊接安裝參數(shù)、動(dòng)態(tài)(碰撞)參數(shù)、結(jié)合面(界面)參數(shù)以及溫度參數(shù)等，由此可見(jiàn)爆炸焊接問(wèn)題的復(fù)雜性。廟延鋼等[13]進(jìn)行了銅－鈦爆炸焊接工藝的試驗(yàn)研究，通過(guò)在炸藥和復(fù)板之間增加緩沖層，獲得了較好質(zhì)量的銅/鈦/銅復(fù)合板;文獻(xiàn)[14－15]對(duì)影響爆炸焊接質(zhì)量的因素進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分析，提出了“最佳焊接窗口藥量”的觀(guān)點(diǎn)，由此確定的炸藥用量比采用傳統(tǒng)可焊窗口下限動(dòng)態(tài)參數(shù)確定的藥量減少15%～20%。不難看出，爆炸焊接工藝參數(shù)的研究都是針對(duì)某兩種或多種金屬的焊接進(jìn)行的，一套工藝參數(shù)對(duì)某兩種金屬的焊接可能合適，而對(duì)另外兩種金屬就不一定適用，這也是爆炸焊接問(wèn)題復(fù)雜性的一種表現(xiàn)，因此探索爆炸焊接工藝參數(shù)選擇的普適性指導(dǎo)理論是當(dāng)前面臨的問(wèn)題之一。

目前爆炸焊接的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在對(duì)焊接產(chǎn)品的性能指標(biāo)、界面結(jié)合狀態(tài)的后期研究方面，而如何準(zhǔn)確地記錄爆炸焊接的作用過(guò)程，將是爆炸焊接的機(jī)理研究能夠得到突破的關(guān)鍵。因此，需要運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，逐步建立爆炸焊接超動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為爆炸焊接技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究提供有力支撐。同時(shí)需要建立科學(xué)的爆炸焊接產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)體系和檢測(cè)方法體系，為爆炸焊接參數(shù)的設(shè)計(jì)和爆炸焊接產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)提供依據(jù)。

2.3 應(yīng)用研究

隨著現(xiàn)代科技對(duì)特殊合成材料需求的不斷增長(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)爆炸焊接技術(shù)應(yīng)用新領(lǐng)域的探索步伐進(jìn)一步加快。Hokamoto等[16]研制了水下爆炸焊接裝置，通過(guò)水下爆炸加載方式使0.1 mm厚的鋁板以800 m/s的速度與陶瓷容器焊接，有效地解決了金屬與陶瓷爆炸焊接時(shí)陶瓷材料容易開(kāi)裂、破碎的問(wèn)題，這種通過(guò)水下沖擊波向焊接材料傳遞爆炸能量的做法，為爆炸焊接技術(shù)的推廣應(yīng)用開(kāi)闊了思路。爆炸焊接技術(shù)在制造任意金屬組合的復(fù)合材料方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)在金屬基體內(nèi)增加金屬纖維或其它高強(qiáng)度纖維提高復(fù)合材料力學(xué)性能、耐腐蝕性能和抗疲勞性能等是現(xiàn)代復(fù)合材料的發(fā)展方向[17]。在備受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注的新型功能材料——非晶態(tài)合金研究領(lǐng)域，爆炸焊接技術(shù)也大顯身手。非晶態(tài)合金因其高強(qiáng)度、高耐腐蝕性、高儲(chǔ)氫性、高磁導(dǎo)率和良好軟磁性等許多獨(dú)特優(yōu)異的性能而被廣泛用于電力、電子、信息、防盜等領(lǐng)域。利用爆炸焊接技術(shù)制備塊體非晶態(tài)合金是爆炸焊接技術(shù)一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域。

爆炸焊接技術(shù)的應(yīng)用研究目前主要集中在金屬間的爆炸焊接，而金屬與陶瓷等非金屬的爆炸焊接，非晶態(tài)合金的爆炸加工以及具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞、高強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率等特性的優(yōu)質(zhì)金屬或合金的爆炸加工等研究工作才剛剛展開(kāi)，還有許多關(guān)鍵技術(shù)尚未掌握。

3 軋制復(fù)合法

根據(jù)軋制復(fù)合溫度參數(shù)，軋制復(fù)合法可分為熱軋復(fù)合法和冷軋復(fù)合法;冷軋復(fù)合法中，根據(jù)軋機(jī)軋輥的轉(zhuǎn)速或輥徑的差異，可分為等輥徑等輥速?gòu)?fù)合法和異步軋制復(fù)合法。

3.1 熱軋復(fù)合法

熱軋復(fù)合法是將待復(fù)合的金屬坯料加熱到一定溫度，對(duì)其施加大的壓下量進(jìn)行軋制變形，在受到熱和力的同時(shí)作用而使不同金屬?gòu)?fù)合的一種工藝方法。采用熱軋法生產(chǎn)復(fù)合板，首先要將待復(fù)合的表面進(jìn)行合適的處理，以達(dá)潔凈、活化的目的。熱軋復(fù)合時(shí)界面復(fù)合機(jī)制非常復(fù)雜，也是長(zhǎng)期爭(zhēng)論與研究的課題?，F(xiàn)在得到公認(rèn)的機(jī)制有[19]:表面層裂縫機(jī)制、再結(jié)晶機(jī)制、擴(kuò)散機(jī)制。

相對(duì)于其他復(fù)合工藝，熱軋復(fù)合法的優(yōu)點(diǎn)為:軋制力較小，對(duì)軋機(jī)的要求不高;工藝簡(jiǎn)單，成本低;界面結(jié)合牢固。缺點(diǎn)為:當(dāng)復(fù)合金屬為活性金屬(如Al，Ti)時(shí)，加熱時(shí)容易在界面形成脆性的金屬間化合物;在軋制時(shí)如沒(méi)有保溫措施，復(fù)合金屬板的長(zhǎng)度受到限制;復(fù)合板的厚度難以控制，生產(chǎn)一致性和穩(wěn)定性差，多適合于生產(chǎn)厚的復(fù)合板材及板坯。

3.2 等輥徑等輥速冷軋復(fù)合法

在20世紀(jì)50年代，美國(guó)首先提出了表面清理、大變形復(fù)合、復(fù)合界面熱擴(kuò)散處理的工藝路線(xiàn)[20]。此后，冷軋復(fù)合工藝在工業(yè)生產(chǎn)中得到了大量應(yīng)用，在某些產(chǎn)品的制備方面甚至取代了傳統(tǒng)的復(fù)合工藝。同時(shí)這種復(fù)合工藝可以結(jié)合清洗、刷面、熱處理等工藝組合成流水式生產(chǎn)成卷的復(fù)合材生產(chǎn)線(xiàn)，生產(chǎn)效率高。

復(fù)合前，待結(jié)合表面的處理主要是借助化學(xué)或物理的方法清除板材受到污染的表面;采取一道次大變形率是為了達(dá)到金屬的臨界變形率，實(shí)現(xiàn)兩層金屬原子之間的冶金結(jié)合，一般需要高達(dá)60%～70%的變形率[21];擴(kuò)散熱處理是在一定溫度下通過(guò)金屬原子之間的進(jìn)一步擴(kuò)散使擴(kuò)散層增厚，增強(qiáng)界面結(jié)合力。

隨著等輥徑等輥速冷軋技術(shù)的研究和應(yīng)用，人們對(duì)于雙金屬?gòu)?fù)合機(jī)制的研究也逐步深入。其中，應(yīng)用最廣泛的界面結(jié)合機(jī)制主要是裂口作用機(jī)制[22]。該機(jī)制認(rèn)為，金屬表面在進(jìn)行表面清理過(guò)程中會(huì)形成一層加工硬化層，它的塑性低于基體金屬。在強(qiáng)烈的金屬塑性變形過(guò)程中，塑性差的硬化層會(huì)優(yōu)先破裂露出底層新鮮的基體金屬。界面兩側(cè)的新鮮金屬在巨大的正壓力作用下通過(guò)硬化層的裂縫擠出并且相互接觸形成牢固的冶金結(jié)合。因?yàn)樵趬毫ψ饔孟?，只有?dāng)金屬表面的裂口達(dá)到一定寬度時(shí)才能完成上述過(guò)程，所以金屬界面初結(jié)合需要較大的臨界變形率。有研究認(rèn)為[23－24]，并非所有的金屬組合都會(huì)在待復(fù)合表面產(chǎn)生裂口擠出基體金屬，有些金屬組合只會(huì)在其中較軟的金屬組分發(fā)生裂口并且擠出金屬，而另外較硬的一層只會(huì)在表面產(chǎn)生裂口而不會(huì)擠出金屬。這樣，只有較軟的一層金屬基體通過(guò)表面裂口擠入了較硬金屬層表面的裂口，實(shí)現(xiàn)了金屬間的結(jié)合。

由于等輥徑等輥速冷軋復(fù)合法要求較大的一次壓下率，這樣大的壓下率往往超過(guò)了一般軋機(jī)的承受能力，板面越寬，軋制負(fù)荷越大，冷軋固相復(fù)合越困難。另外，隨著人們對(duì)材料性能要求的提高，層狀復(fù)合材料組分之間的性能差異越來(lái)越大，軋制復(fù)合難度進(jìn)一步增加。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者都千方百計(jì)的尋求降低軋制臨界變形率的方法[24]。國(guó)內(nèi)研究了對(duì)基、復(fù)材采用不同的軋制溫度的異溫軋制復(fù)合技術(shù)，并采用只對(duì)鋁層進(jìn)行加熱的工藝完成了鈦/鋁復(fù)合板的試制;國(guó)外推出了控制氣氛軋制復(fù)合工藝，既可以分別控制基、復(fù)材軋制坯料的加熱溫度，又可以采用帶式法生產(chǎn)成卷的復(fù)合板帶材。

3.3 異步軋制復(fù)合法

異步軋制是20世紀(jì)60年代開(kāi)始興起的一種板帶軋制生產(chǎn)技術(shù)[25]。異步軋制復(fù)合法是20世紀(jì)70年代提出來(lái)的一種復(fù)合板生產(chǎn)技術(shù)，包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都投入了相當(dāng)?shù)目蒲辛α窟M(jìn)行基礎(chǔ)研究和推行產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，雖然已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但是離大規(guī)模的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用還有一定的距離。

異步軋制具有以下特點(diǎn):上下軋輥對(duì)金屬板接觸表面的摩擦力方向相反，快速輥產(chǎn)生的摩擦力向前，慢速輥產(chǎn)生的摩擦力向后，在板材中間形成“搓軋區(qū)”;單位壓力分布均勻，變化平緩;對(duì)兩層金屬施加不同的張力，可以增強(qiáng)結(jié)合界面處的搓軋作用，而這種搓軋作用有利于降低軋制復(fù)合所需要的臨界變形力。因此，異步軋制復(fù)合法可以生產(chǎn)出復(fù)合強(qiáng)度高、表面光潔的冷軋復(fù)合薄板[26]。

異步軋制復(fù)合正是充分利用了“搓軋區(qū)”內(nèi)的相對(duì)滑動(dòng):一方面，相對(duì)滑動(dòng)的界面摩擦生熱，為界面的結(jié)合提供能量;另一方面，相對(duì)滑動(dòng)有利于接觸表面的污染層和氧化膜破碎和擠出，促進(jìn)新鮮表面的生成。因此，相對(duì)滑動(dòng)有利于提高界面結(jié)合強(qiáng)度，降低平均軋制壓力。

對(duì)心電圖從業(yè)人員進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)是建設(shè)現(xiàn)代化心電學(xué)強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ)，而規(guī)范化操作所得的心電圖是臨床做出準(zhǔn)確診治的重要依據(jù)[1]。隨著遠(yuǎn)程心電診斷的興起，12導(dǎo)聯(lián)同步記錄心電圖檢查在偏遠(yuǎn)地區(qū)得到普及，廣大居民在當(dāng)?shù)卦\所就能得到大城市三級(jí)醫(yī)院心電專(zhuān)家的心電指導(dǎo)。然而在讀圖過(guò)程中，常會(huì)遇到一些肢體導(dǎo)聯(lián)錯(cuò)接、與臨床表現(xiàn)不符的心電圖，直接影響診斷的速度及準(zhǔn)確性。

4 爆炸－軋制復(fù)合法

爆炸焊接復(fù)合法可以生產(chǎn)不同金屬組合的層狀復(fù)合板，而且通過(guò)調(diào)整爆炸工藝參數(shù)復(fù)合板面積可以達(dá)到十幾到幾十平方米。但是，爆炸復(fù)合法對(duì)于生產(chǎn)較薄的(≤6 mm)和對(duì)表面質(zhì)量要求較高的層狀金屬?gòu)?fù)合板則比較困難;軋制復(fù)合法雖然可以生產(chǎn)不同厚度和表面質(zhì)量較高的層狀復(fù)合板，但是復(fù)合板的組元成份和寬度受到軋機(jī)軋制能力限制。人們綜合這兩種生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，采用先通過(guò)爆炸復(fù)合法制備較厚的復(fù)合板坯，再根據(jù)不同的要求，通過(guò)熱軋或冷軋或熱軋+冷軋的工藝軋制成所需的復(fù)合板。一般來(lái)說(shuō)，制備3 mm以下的層狀復(fù)合板時(shí)，軋制工藝包括熱軋和冷軋兩個(gè)步驟。熱軋主要是為了獲得要求的板材厚度，總加工量較大;冷軋主要是為了獲得最終精確的板材厚度尺寸和理想的表面，總加工量較小。

爆炸焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇對(duì)于復(fù)合板的后續(xù)加工至關(guān)重要，主要表現(xiàn)在:爆炸焊接易于在結(jié)合界面產(chǎn)生脆性中間化合物的金屬組合時(shí)，爆炸焊接工藝參數(shù)的選擇尤為關(guān)鍵，否則在爆炸焊接中形成的中間化合物會(huì)給隨后的熱軋工序帶來(lái)一些特殊的困難，如脆性相的破碎、材料強(qiáng)度提高以及表面破裂等;選擇合適的爆炸工藝參數(shù)使復(fù)合板的界面呈現(xiàn)均勻的小波紋或平面狀結(jié)合，因?yàn)榻缑娌ǖ臓顟B(tài)決定著軋制時(shí)上下層金屬相互之間的牽引力是否均勻。在軋制過(guò)程中，金屬層之間均勻的牽引力是保證復(fù)層和基層金屬能夠同步變形的重要條件之一，如果爆炸焊接參數(shù)選擇不當(dāng)造成界面波過(guò)大，往往會(huì)導(dǎo)致復(fù)合板的復(fù)層金屬上表面明顯可見(jiàn)周期性變化的高低起伏的波紋，影響復(fù)合板的表面質(zhì)量;而且使界面處有一定面積的未復(fù)合層存在，在軋制過(guò)程中未復(fù)合區(qū)域很可能會(huì)擴(kuò)大，造成復(fù)合板結(jié)合區(qū)大面積脫粘。

軋制工藝參數(shù)的確定同樣非常重要，如道次壓下量、潤(rùn)滑方式、熱軋溫度、軋制速度以及軋制方向等。對(duì)于兩種性質(zhì)和變形抗力相差較大的金屬組合如鈦/鋁、鋼/鋁等，在軋制過(guò)程中由于兩種金屬流動(dòng)性的差異以及爆炸結(jié)合界面的粘滯作用，使得易變形金屬層在變形的同時(shí)牽引著難變形金屬層一起流動(dòng)變形，這種變形稱(chēng)作牽引變形[18]。如果變形量適當(dāng)，在均勻牽引力的作用下兩層金屬會(huì)同步變形;當(dāng)變形量大到一定程度時(shí)兩種金屬的流動(dòng)變形速度相差很大，界面牽引力就會(huì)隨著變形速度非均勻地變化，產(chǎn)生不均勻牽引變形力。難變形金屬層在不均勻牽引變形力的作用下發(fā)生間歇性破壞，表現(xiàn)為難變形金屬層表面出現(xiàn)間歇性裂縫流出另一層金屬。

5 結(jié)語(yǔ)

金屬?gòu)?fù)合材料已成功走向市場(chǎng)，并在諸多應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，廣泛而深入的研究為復(fù)合材料生產(chǎn)的低成本、高效率提供了有力的技術(shù)支撐，然而，目前金屬基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)還都比較簡(jiǎn)單，不能滿(mǎn)足高性能化和多功能化的挑戰(zhàn)，因此必然朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的方向發(fā)展，重點(diǎn)在如下方面將有所突破。

(1)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將受到更多的重視，重點(diǎn)是通過(guò)調(diào)控增強(qiáng)體的空間分布實(shí)現(xiàn)材料的強(qiáng)韌化;通過(guò)將非連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料分化區(qū)隔為增強(qiáng)體顆粒富集區(qū)(脆性)和一定數(shù)量、一定尺寸、不含增強(qiáng)體基體區(qū)(韌性)，純基體區(qū)域作為韌化相具有阻止裂紋擴(kuò)展、吸收能量的作用，使復(fù)合材料的損傷容限得到提高，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的韌化。

(2)結(jié)構(gòu)－功能一體化。傳統(tǒng)的材料科學(xué)與工程把材料劃分為兩大類(lèi)，即結(jié)構(gòu)材料和功能材料。高技術(shù)的發(fā)展要求材料不再是單一的結(jié)構(gòu)材料或功能材料，新趨勢(shì)是結(jié)構(gòu)材料和功能材料的相互滲透、綜合集成。

(4)智能化。智能材料是結(jié)構(gòu)材料、功能材料和微電子工業(yè)聯(lián)合發(fā)展的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的巨大變革，今后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅要考慮承載強(qiáng)度，更突出考慮的是結(jié)構(gòu)的智能性。由材料、結(jié)構(gòu)和電子相互融合而構(gòu)成的智能材料與結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今材料與結(jié)構(gòu)高新技術(shù)發(fā)展的方向。

(5)低成本化。21世紀(jì)復(fù)合材料將以更快速度發(fā)展，而加快發(fā)展的關(guān)鍵在于降低成本。復(fù)合材料的研究重點(diǎn)已從過(guò)去主要關(guān)心性能與質(zhì)量轉(zhuǎn)到降低成本，強(qiáng)調(diào)低成本生產(chǎn)技術(shù)。低成本生產(chǎn)技術(shù)包括原材料、復(fù)合工藝和質(zhì)量控制等各個(gè)方面。

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