金属爆炸复合材料技术特点及其应用领域

2017-06-02 10:29:17 作者：本网整理来源：知网分享至：

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爆炸复合是利用炸药爆轰作为能源进行金属间焊接的技术，是材料科学体系的丰富和扩展。爆炸复合是由Carl在1944年首先提出来的，随后美国的PhilichukV第一次把爆炸焊接技术引入到实际工业中，成功实现了铝与钢之间的爆炸焊接。到20世纪60年代初期，美国、前苏联、日本等国也相继开展了爆炸焊接技术和理论的研究，使该项技术日趋成熟。1968年大连造船厂的陈火金等人成功制备出了国内第一块爆炸复合材料。随着工业的发展，金属爆炸复合材料在宇航军工、石油化工、交通运输、金属防腐、新能源等领域都有了广泛的应用。

1 金属爆炸复合材料生产技术

金属爆炸复合材料的核心是爆炸复合技术。其成形工艺是：将制备好的复板放置在基板之上，然后在复板上铺设一层炸药，利用炸药爆炸时产生的瞬时超高压和超高速冲击，推动复板高速倾斜碰撞基板，使金属产生塑性变形、熔化，实现金属层间的固态冶金结合。对于爆炸复合的界面波机理已有许多不同的见解，郑远谋3j[认为爆炸复合是一种集扩散焊、压力焊和熔化焊于一身的特殊的复合方法。复合界面为波状结构，形成包括金属塑性变形特征、熔化特征和原子间相互扩散特征的结合区。

爆炸复合使熔点相差大的材料也可能结合，甚至可以结合那些不相容的材料。理论上来说，爆炸复合的异种金属在品种和数量上是不受限制的。

2 金属爆炸复合材料质量影响因素

2.1专用炸药配置及布药因素

作为爆炸复合的能源一一炸药，其配置及质量的好坏成为控制爆炸复合质量的关键。为了控制炸药的爆轰速度，获得稳定的爆炸能量，对爆炸复合所选用的炸药要求是：（1）炸药为粉状，流散性好；（2）密度均匀，受人工布药影响小；（3）炸药爆速适中，在2000一2600m/s之间，且爆速稳定；（4）原材料来源广、成本低、安全性好。

配置爆速适中、爆速稳定的专用炸药时，往往在爆炸组分中加入与其相容的稀释剂，以降低其爆速，同时控制布药厚度，以达到理想的复合效果。曲桂梅等国选择HW矿物粉作为稀释剂，当其在炸药中掺入比例在44.j%一jo%,布药厚度在jo一60Inlll时，炸药爆速在2200一2400m/s之间，经钢与不锈钢板爆炸焊接试验表明，复合率达到100%。

2.2 爆炸复合的工艺因素

爆炸复合工艺参数（如碰撞角、碰撞速度等）的选择直接决定了爆炸复合界面的结合形态，也决定了爆炸复合界面波形。王小绪等6j[采用小倾角法爆炸焊接试验及数值模拟研究了钦和钢爆炸复合板界面波形的影响因素，当碰撞速度为648m/s,碰撞角为16.1^。时，界面波开始生成。随着碰撞速度和碰撞角的增加，界面波波长和波高逐步增加。

2.3 爆炸复合的材料因素

爆炸复合界面波形的形状和特征除了与爆炸复合工艺有关外，还与材料的性质密切相关。当采用相同的爆炸复合工艺时，材料密度、硬度相差较大时不易形成界面波形；而当材料相同或相近时则容易形成规则的界面波形。

3 金属爆炸复合材料的应用领域

3.1在宇航、军工等方面的应用

运用钦、铝、铜等金属复合材料减少重量提高航空航天装备性能，例如，火箭舱壁、大型反射器等。与此同时，现代武器装备的价值越来越高，采用金属爆炸复合材料及时进行损伤修复，相当于节省了为补充新装备的开支。

3.2在石油、化工等方面的应用

石化、冶金工业中使用爆炸复合板代替许多直接工作在恶劣环境中的结构钢，能大大提高容器、反应塔、换热器、沉淀槽等的使用年限7j[。此外，在制盐、制碱、制药等工业领域也采用钦合金、不锈钢、哈氏合金等金属复合材料制造耐腐蚀耐高温的柑祸、储罐、过滤设备等。

3.3在防腐、海水淡化中的应用

钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜等在相应的化学介质和条件下有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合材料既有优良的耐蚀性，又有强度高的特点，而其成本仅为上述金属的1/2一l/5。此类爆炸复合材料为金属的腐蚀与防护提供了新的选择，有效解决造船和海水淡化中存在的设备腐蚀问题。

3.4 在交通运输工具中的应用

为了提高交通运输工具的性能和降低其成本，大量钦、铜、铝、不锈钢等金属复合材料由于其独特的多重性能，广泛应用于交通运输领域，如，飞机、高铁列车、地铁铁轨、铝钢感应板等。

3.5在新能源技术中的应用