[科普中国]-真空轧制法

起源

轧制法分为冷轧法和热轧法。冷轧变形温度较低，用于制备对界面强度要求不高的复合板。热轧在高温下进行，界面易发生氧化，导致复合界面结合强度的下降。陈靖等人用电弧焊法将高合金钢和碳钢界面四周焊合，然后热轧得到复合板。该方法将外部大气与界面隔绝来降低界面氧化，但也将少量空气封在界面，界面仍存在一定氧化，另外电弧对界面也有一定污染，因此界面结合性能较低。祖国胤等人通过对界面快速感应加热和施加保护气来减弱界面氧化，但该方法对界面结合强度提高仍然有限。

20世纪80年代，日本JFE公司发明了真空轧制法，该方法将热轧法与真空电子束焊接（EBW）技术相结合，复合板界面处于高真空状态，加热过程的界面无氧化，界面结合性能较高。成熟的真空轧制法生产流程可以使生产效率达到每40余秒生产不锈钢复合板4吨，成本较进口同类产品下降三成到四成。1

步骤金属复合板的真空轧制方法其步骤为：

（1）在基板单面四周加工环周导角坡口，不锈钢板周边尺寸小于环周导角坡口尺寸；

（2）导角坡口之间钻取一个直角孔；

（3）将不锈钢板平铺在基板导角坡口这一面上，并在两者之间平铺钎焊剂层在压力平台上环周密封焊接；

（4）通过基板直角孔抽真空抽后封堵；

（5）将两个前置坯材不锈钢面对合，并在两者间平铺高温防粘剂层，而后四周边点焊等周边长的分隔板，再在两个导角坡口、分隔板之间实施埋弧焊封焊；

（6）在封焊圈框及分隔板上钻取若干个透气孔；

（7）热轧；

（8）切边分离。2

竞争在双金属复合中，通过双金属复合的相图和冶金热力学研究，就可确定其基本性能。而限制使用真空加工的主要原因之一，即爆炸复合，它可以产生非平衡结构的接头。爆炸成形对真空轧制法是一个潜在的竞争者，而并不对其他的金属加工方法有竞争力。另一个限制双金属复合使用真空轧制的可能性，即双金属复合的加工，可先由电子束在真空中焊接，以保护其界面和准备好双金属坯料，随后再在大气中进行轧制。3

又如钛/钢复合板的主要制备方法有爆炸复合法、爆炸-轧制复合法及真空轧制复合法。

爆炸复合法通过爆炸产生的冲击波使界面瞬间结合，成本低且能使熔点和性能差别较大的两种金属复合。但是在爆炸冲击波下，界面将发生一定程度的局部熔化，熔化界面快速凝固，容易产生缩孔、裂纹和气孔等缺陷，并使界面结合不均匀。另外，爆炸复合法对场地选择要求高，存在环境及噪音污染。爆炸-轧制法先通过爆炸方式使两种金属结合，再进行轧制，使复合板的厚度达到所需规格，主要用于制备覆材厚度

真空轧制复合法是通过真空焊接组坯，经加热轧制使基材和覆材实现良好冶金结合的生产工艺。相对于爆炸法，真空轧制复合法具有较高的生产效率、低污染、低能耗且可生产宽薄覆层的金属复合板。

比如，对于铂族金属、合金及双金属的真空塑性形变，真空轧制法能获得高质量的Pt-Ti双金属结合层的基础。各层之间的连结强度及双金属过渡层的驷性对随后的形变是足够的。铂族金属、合金和双金属的真空塑性变形是金属压力加工的有前途的方向。4