研究内容
第三组元诱导法制备工艺及对钛-钢复合材料力 学、界面影响 研究钛钢界面形成机理与演变规律
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8
3 研究方法
文献研究法
实验研究法
图书、CNKI 中国学术期刊全文数 据库或者万方学位论文数据库等， 如: 倪礼忠, 陈麒.复合材料科学与工程 [M].北京:科学出版社,2002. H Kato, S Abe, T Tomizawa. Interfacial structures and mechanical properties of steel– Ni and steel–Ti diffusion bonds[J]. Journal of materials science, 1997, 32(19): 5225-5232
2013年大学生创新创业大赛 结题答辩报告
第三组元诱导法制备钛/钢 复合材料的工艺研究
报 告 人：许婷
指导教师：竺培显
2015年5月
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1
目录
1
选题背景与意义
2
研究目标和内容
3
研究方法
4
研究现状与结论
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1 选题背景与意义
1791年W. 格雷戈尔在 矿物中发现 一种未知新
元素。
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6
8
10
10
175
T=820℃
170
8
165
160
6
155
4 150
145 2
140
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
135
0
120
140
160
180
200
220
240
保 温 时 间 /min
图 界面抗拉强度与保温时间关系
保温时间相同时，随着烧结温度的升高，界面的抗拉强度随之升高。因为温度低时，
原子互扩散量少，抗拉强度低；而当温度提高时，原子互扩散量提高，使抗拉强度升
人类活动 向深海发 展，需钛 钢复合材 料的支持
传统三种 方式，均 存在局限 性，不能 满足需求
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1 选题背景与意义
第三组元诱导法
• 利用媒介金属（铜），改善钛、钢 之间的互溶性，实现钛-钢的冶金式 结合。
• 利用能量补偿原理，解决钛、钢之间 的界面结合问题。
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第三组元诱 导法制备钛 /钢复合材 料的工艺研
高。经700-820℃扩散温度、120min保温时间处理后，界面抗拉强度大约在100-175
MPa之间。在820℃扩散，随着保温时间的延长，虽然抗拉强度持续下降，但是其断
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3 研究方法
试样编号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
热压扩散制备试样编号
温度(℃) 700 730 760 790 820 820 820 820 820
保温时间（min）
120
120
120
120
120
150
180
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压力（MPa）
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1
1
1
1
1
1
采用过渡金属的界面能量调控法和 能量补偿原理，在钛、钢之间引入 媒介金属，改善钛、钢之间的互溶 性，以此实现钛、钢之间稳定、连 续的界面结合，制备出具有稳定、 连续的界面结合的。 因此，本研究
的设想方案为：在钛、钢之间引入 媒介金属—铜，采用真空热压扩散 焊接法制备钛/钢层状复合材料，加 热温度为700-950℃，保温时间0.54小时，其制备出的钛/钢层状复合 材料形貌如图所示。
1795年德 国化学家在 研究金红石 时发现了该 元素命名为
钛
钛/钢层状复合材料由于具有 经济性和功能性兼备的特点, 正在各个领域广泛应用。特 别是其同时具有钢的优异强 度、热传导性、焊接性以及 钛的良好耐蚀性的钛钢复合 材在海洋、沿海陆地作为结 构件更具应用前景。
3
1 选题背景与意义
爆爆轧炸炸制-复复轧合合制法法：： 爆在轧炸接制法合复生界合产面界复易面合生过材成于料脆宽制性化品层、的，界 尺并面寸且物受该相到方的限法可制污控, 染性并严及且重冶存还金在不式着适结振 动于合、连程噪续度音化等、生方炸产面药及受处生到理产严等薄重问板约题束
图 钛/铜/钢层状复合板拉伸试验结果
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抗 拉 强 度 /MPa 抗 拉 强 度 /MPa
0 180
170
160
2
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t=120min
8
10
10
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6 140
130 4
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110
2
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0
700
720
740
760
780
800
820
扩散温度/℃
图 界面抗拉强度与烧结温度关系
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4 研究现状与结论
借助分析测试手段，研究 钛钢界面形成机理与演变 规律。探讨复合过程工艺 参数对界面形成的影响规 律，总结此研究结果。
2014年10月-11月
2014年12月至今
研究钛/钢层状复合材料制备关键技术,
研究钛钢界面形成机理与演变规律,整
理pp实t课件验数据，调整和优化实验方案。
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拉伸实验力学性能测试
究
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1 选题背景与意义
意义
1
实现了钛、钢复合材料结构功能的一体化
2 低成本、高效率、对环境友好的层状复合材料的制备方法
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2 研究目标和内容
研究目标
为了改善钛、钢之间的互溶性， 本次研究利用能量补偿原理， 在钛和钢之间引入媒介金属， 以此解决钛、钢之间的界面结
合问题。
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2 研究目标和内容
1
1
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3 研究方法
第三组元诱导法 --工作原理
①真空热压扩散法的制备 真空热压扩散焊接法是把两个或两个以上的金属材料（包括中间层材
料）紧压在一起，置于真空环境中中加热至母材熔点以下温度，对其施加 压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触，再经保 温、原子相互扩散而形成牢固的冶金式结合的一种连接方法。
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4 研究现状与结论
项目主要进展
立项通过。查找与课题 相关的文献资料，并对 所阅读的文献进行总结 讨论。制定与修改实验 方案，并对本实验所需 材料的制备
2013年9 - 12月
2014年1 - 9月
根据实验方案制备实验所需试样，实验试样 的制备与试样测试的准备工作，联系实验室 进pp行t课件实验试样的测试（三点弯曲和拉伸实验12）
热压扩散焊接的特点是可获得与基体性能一致的接头性能，可对性能
和尺寸相差悬殊的材料进行焊接，且没有宏观变形，接头残余应力小。因 此，在本研究中真空热压扩散焊接法是一种最为理想的制备钛/钢层状复 合材料的方法。 ②钛/钢层状复合材料稳定、连续的冶金式结合界面
中间媒介金属采用铜，铜与基体钢属于互溶体系，可以形成稳定的连 续型固溶体，从而为实现钛/钢层状复合材料稳定、连续的冶金式结合界 面的形成奠定了基础。