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金屬爆炸復合材料技術特點及其應用領域

2017-06-02 10:29:17 作者：本網整理來源：知網分享至：

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爆炸復合是利用炸藥爆轟作為能源進行金屬間焊接的技術，是材料科學體系的豐富和擴展。爆炸復合是由Carl在1944年首先提出來的，隨后美國的PhilichukV第一次把爆炸焊接技術引入到實際工業中，成功實現了鋁與鋼之間的爆炸焊接。到20世紀60年代初期，美國、前蘇聯、日本等國也相繼開展了爆炸焊接技術和理論的研究，使該項技術日趨成熟。1968年大連造船廠的陳火金等人成功制備出了國內第一塊爆炸復合材料。隨著工業的發展，金屬爆炸復合材料在宇航軍工、石油化工、交通運輸、金屬防腐、新能源等領域都有了廣泛的應用。

1 金屬爆炸復合材料生產技術

金屬爆炸復合材料的核心是爆炸復合技術。其成形工藝是：將制備好的復板放置在基板之上，然后在復板上鋪設一層炸藥，利用炸藥爆炸時產生的瞬時超高壓和超高速沖擊，推動復板高速傾斜碰撞基板，使金屬產生塑性變形、熔化，實現金屬層間的固態冶金結合。對于爆炸復合的界面波機理已有許多不同的見解，鄭遠謀3j[認為爆炸復合是一種集擴散焊、壓力焊和熔化焊于一身的特殊的復合方法。復合界面為波狀結構，形成包括金屬塑性變形特征、熔化特征和原子間相互擴散特征的結合區。

爆炸復合使熔點相差大的材料也可能結合，甚至可以結合那些不相容的材料。理論上來說，爆炸復合的異種金屬在品種和數量上是不受限制的。

2 金屬爆炸復合材料質量影響因素

2.1專用炸藥配置及布藥因素

作為爆炸復合的能源一一炸藥，其配置及質量的好壞成為控制爆炸復合質量的關鍵。為了控制炸藥的爆轟速度，獲得穩定的爆炸能量，對爆炸復合所選用的炸藥要求是：（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2000一2600m/s之間，且爆速穩定；（4）原材料來源廣、成本低、安全性好。

配置爆速適中、爆速穩定的專用炸藥時，往往在爆炸組分中加入與其相容的稀釋劑，以降低其爆速，同時控制布藥厚度，以達到理想的復合效果。曲桂梅等國選擇HW礦物粉作為稀釋劑，當其在炸藥中摻入比例在44.j%一jo%,布藥厚度在jo一60Inlll時，炸藥爆速在2200一2400m/s之間，經鋼與不銹鋼板爆炸焊接試驗表明，復合率達到100%。

2.2 爆炸復合的工藝因素

爆炸復合工藝參數（如碰撞角、碰撞速度等）的選擇直接決定了爆炸復合界面的結合形態，也決定了爆炸復合界面波形。王小緒等6j[采用小傾角法爆炸焊接試驗及數值模擬研究了欽和鋼爆炸復合板界面波形的影響因素，當碰撞速度為648m/s,碰撞角為16.1^。時，界面波開始生成。隨著碰撞速度和碰撞角的增加，界面波波長和波高逐步增加。

2.3 爆炸復合的材料因素

爆炸復合界面波形的形狀和特征除了與爆炸復合工藝有關外，還與材料的性質密切相關。當采用相同的爆炸復合工藝時，材料密度、硬度相差較大時不易形成界面波形；而當材料相同或相近時則容易形成規則的界面波形。

3 金屬爆炸復合材料的應用領域

3.1在宇航、軍工等方面的應用

運用欽、鋁、銅等金屬復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，現代武器裝備的價值越來越高，采用金屬爆炸復合材料及時進行損傷修復，相當于節省了為補充新裝備的開支。

3.2在石油、化工等方面的應用

石化、冶金工業中使用爆炸復合板代替許多直接工作在惡劣環境中的結構鋼，能大大提高容器、反應塔、換熱器、沉淀槽等的使用年限7j[。此外，在制鹽、制堿、制藥等工業領域也采用欽合金、不銹鋼、哈氏合金等金屬復合材料制造耐腐蝕耐高溫的柑禍、儲罐、過濾設備等。

3.3在防腐、海水淡化中的應用

鈦、鋯、鈮、鉭、鎢、鉬、銅等在相應的化學介質和條件下有良好的耐蝕性，它們與普通鋼組成的復合材料既有優良的耐蝕性，又有強度高的特點，而其成本僅為上述金屬的1/2一l/5。此類爆炸復合材料為金屬的腐蝕與防護提供了新的選擇，有效解決造船和海水淡化中存在的設備腐蝕問題。

3.4 在交通運輸工具中的應用

為了提高交通運輸工具的性能和降低其成本，大量欽、銅、鋁、不銹鋼等金屬復合材料由于其獨特的多重性能，廣泛應用于交通運輸領域，如，飛機、高鐵列車、地鐵鐵軌、鋁鋼感應板等。

3.5在新能源技術中的應用