金屬爆炸復(fù)合材料技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域

摘 要：簡(jiǎn)述了金屬爆炸復(fù)合技術(shù)的過(guò)程以及特點(diǎn)，對(duì)幾種金屬?gòu)?fù)合材料的生產(chǎn)方法進(jìn)行了比較。綜述了炸藥、爆炸工藝和材料等影響因素的研究進(jìn)展，并介紹了金屬爆炸復(fù)合材料在宇航軍工、石油化工、交通運(yùn)輸、金屬防腐、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：爆炸復(fù)合 復(fù)合材料 影響因素 應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類(lèi)號(hào)：TG456.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（a）-0041-02

爆炸復(fù)合是利用炸藥爆轟作為能源進(jìn)行金屬間焊接的技術(shù)，是材料科學(xué)體系的豐富和擴(kuò)展。爆炸復(fù)合是由Carl在1944年首先提出來(lái)的，隨后美國(guó)的Philipchuk V第一次把爆炸焊接技術(shù)引入到實(shí)際工業(yè)中，成功實(shí)現(xiàn)了鋁與鋼之間的爆炸焊接。到20世紀(jì)60年代初期，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本等國(guó)也相繼開(kāi)展了爆炸焊接技術(shù)和理論的研究，使該項(xiàng)技術(shù)日趨成熟。1968年大連造船廠(chǎng)的陳火金等人成功制備出了國(guó)內(nèi)第一塊爆炸復(fù)合材料[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬爆炸復(fù)合材料在宇航軍工、石油化工、交通運(yùn)輸、金屬防腐、新能源等領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用。

1 金屬爆炸復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)

金屬爆炸復(fù)合材料的核心是爆炸復(fù)合技術(shù)[2]。其成形工藝是：將制備好的復(fù)板放置在基板之上，然后在復(fù)板上鋪設(shè)一層炸藥，利用炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)超高壓和超高速?zèng)_擊，推動(dòng)復(fù)板高速傾斜碰撞基板，使金屬產(chǎn)生塑性變形、熔化，實(shí)現(xiàn)金屬層間的固態(tài)冶金結(jié)合。對(duì)于爆炸復(fù)合的界面波機(jī)理已有許多不同的見(jiàn)解，鄭遠(yuǎn)謀[3]認(rèn)為爆炸復(fù)合是一種集擴(kuò)散焊、壓力焊和熔化焊于一身的特殊的復(fù)合方法。復(fù)合界面為波狀結(jié)構(gòu)，形成包括金屬塑性變形特征、熔化特征和原子間相互擴(kuò)散特征的結(jié)合區(qū)。

爆炸復(fù)合使熔點(diǎn)相差大的材料也可能結(jié)合，甚至可以結(jié)合那些不相容的材料。理論上來(lái)說(shuō)，爆炸復(fù)合的異種金屬在品種和數(shù)量上是不受限制的。

2 金屬爆炸復(fù)合材料質(zhì)量影響因素

2.1 專(zhuān)用炸藥配置及布藥因素

作為爆炸復(fù)合的能源——炸藥，其配置及質(zhì)量的好壞成為控制爆炸復(fù)合質(zhì)量的關(guān)鍵。為了控制炸藥的爆轟速度，獲得穩(wěn)定的爆炸能量，對(duì)爆炸復(fù)合所選用的炸藥要求是[4]：（1）炸藥為粉狀，流散性好；（2）密度均勻，受人工布藥影響小；（3）炸藥爆速適中，在2 000～2 600 m/s之間，且爆速穩(wěn)定；（4）原材料來(lái)源廣、成本低、安全性好。

配置爆速適中、爆速穩(wěn)定的專(zhuān)用炸藥時(shí)，往往在爆炸組分中加入與其相容的稀釋劑，以降低其爆速，同時(shí)控制布藥厚度，以達(dá)到理想的復(fù)合效果。曲桂梅等[5]選擇HW礦物粉作為稀釋劑，當(dāng)其在炸藥中摻入比例在44.5%～50%，布藥厚度在50～60 mm時(shí)，炸藥爆速在2 200～2 400 m/s之間，經(jīng)鋼與不銹鋼板爆炸焊接試驗(yàn)表明，復(fù)合率達(dá)到100%。

2.2 爆炸復(fù)合的工藝因素

爆炸復(fù)合工藝參數(shù)（如碰撞角、碰撞速度等）的選擇直接決定了爆炸復(fù)合界面的結(jié)合形態(tài)，也決定了爆炸復(fù)合界面波形。王小緒等[6]采用小傾角法爆炸焊接試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究了鈦和鋼爆炸復(fù)合板界面波形的影響因素，當(dāng)碰撞速度為648 m/s，碰撞角為16.1°時(shí)，界面波開(kāi)始生成。隨著碰撞速度和碰撞角的增加，界面波波長(zhǎng)和波高逐步增加。

2.3 爆炸復(fù)合的材料因素

爆炸復(fù)合界面波形的形狀和特征除了與爆炸復(fù)合工藝有關(guān)外，還與材料的性質(zhì)密切相關(guān)。當(dāng)采用相同的爆炸復(fù)合工藝時(shí)，材料密度、硬度相差較大時(shí)不易形成界面波形；而當(dāng)材料相同或相近時(shí)則容易形成規(guī)則的界面波形。

3 金屬爆炸復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 在宇航、軍工等方面的應(yīng)用

運(yùn)用鈦、鋁、銅等金屬?gòu)?fù)合材料減少重量提高航空航天裝備性能，例如，火箭艙壁、大型反射器等。與此同時(shí)，現(xiàn)代武器裝備的價(jià)值越來(lái)越高，采用金屬爆炸復(fù)合材料及時(shí)進(jìn)行損傷修復(fù)，相當(dāng)于節(jié)省了為補(bǔ)充新裝備的開(kāi)支。

3.2 在石油、化工等方面的應(yīng)用

石化、冶金工業(yè)中使用爆炸復(fù)合板代替許多直接工作在惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)鋼，能大大提高容器、反應(yīng)塔、換熱器、沉淀槽等的使用年限[7]。此外，在制鹽、制堿、制藥等工業(yè)領(lǐng)域也采用鈦合金、不銹鋼、哈氏合金等金屬?gòu)?fù)合材料制造耐腐蝕耐高溫的坩堝、儲(chǔ)罐、過(guò)濾設(shè)備等。

3.3 在防腐、海水淡化中的應(yīng)用

鈦、鋯、鈮、鉭、鎢、鉬、銅等在相應(yīng)的化學(xué)介質(zhì)和條件下有良好的耐蝕性，它們與普通鋼組成的復(fù)合材料既有優(yōu)良的耐蝕性，又有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而其成本僅為上述金屬的1/2～1/5。此類(lèi)爆炸復(fù)合材料為金屬的腐蝕與防護(hù)提供了新的選擇，有效解決造船和海水淡化中存在的設(shè)備腐蝕問(wèn)題。

3.4 在交通運(yùn)輸工具中的應(yīng)用

為了提高交通運(yùn)輸工具的性能和降低其成本，大量鈦、銅、鋁、不銹鋼等金屬?gòu)?fù)合材料由于其獨(dú)特的多重性能，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，如，飛機(jī)、高鐵列車(chē)、地鐵鐵軌、鋁鋼感應(yīng)板等。

3.5 在新能源技術(shù)中的應(yīng)用

鋁-鋼過(guò)渡接頭在電解鋁工藝中起到了穩(wěn)定生產(chǎn)、提高質(zhì)量和降低電耗等重要作用。此外，薄復(fù)層鈦/鋼復(fù)合板為國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)煙囪鋼內(nèi)筒內(nèi)襯材料首選；大板幅、厚復(fù)層爆炸復(fù)合材料大大推進(jìn)了電站氣輪機(jī)用材的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]夏鴻博，王少剛，霍偉國(guó)，等.金屬爆炸焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J].熱加工工藝，2013，42（5）：203-206.

[2]王海鵬，于忠斌.爆炸復(fù)合原理、特點(diǎn)及展望[J].中國(guó)科技博覽，2011（8）：318-319.

[3]鄭遠(yuǎn)謀.爆炸焊接和爆炸復(fù)合材料[J].焊接技術(shù)，2007，36（6）： 1-5.

[4]岳宗洪，李亞，韓剛.爆炸焊接專(zhuān)用炸藥的研究與應(yīng)用[J].工程爆破，2011，17（2）：73-75.

[5]曲桂梅，夏金民，汪宏祥，等.爆炸焊接用低爆速粉狀乳化炸藥研究[J].工程爆破，2016，22（1）：42-45.

[6]王小緒，王金相， 趙錚，等.鋯鋼爆炸復(fù)合板界面波形影響參數(shù)研究[J].稀有金屬材料與工程，2014，43（3）：682-685.

[7]盧江，周景蓉，鄒華，等.爆炸焊接復(fù)合板在石化裝備應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工程爆破，2011，17（4）：86-89.