用爆炸焊接法制备层状金属复合材料

冰雪婧光

层状金属复合材料是采用高能率加工技术，把两种甚至多种普通加工技术(如焊接等)不能连接的不同金属材料复合成为一体的新型功能材料。层状金属复合材料综合了各组元优点，弥补了各自的不足，可改善材料的力学性能、热电性能、磁性、成形性、焊接性、耐腐蚀性等诸多性能，有优异的综合性能，已经广泛应用于国民经济各个方面。

爆炸焊接复合法是用炸药作能源进行金属间焊接的一种很有实用价值的高新技术。它的最大用途是制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。与其它方法相比，这种方法的特点在于: 瞬间的高温高压和很高的冷却速率; 高的应变速率; 作用载荷的局部性和移动性; 复合板复合界面呈现波状结合; 不受材料熔点、塑性限制，复合尺寸规格灵活等。爆炸焊接复合法主要适合于单张面积较大、厚的复合板材产品或复合板坯、多层复合板的生产。采用爆炸焊接复合法已经能够成功地进行 300 多种金属的复合，有 50 多种实用的金属组合正在投入实际使用，如钛/钢、钛/钢/不锈钢、钛/不锈钢、钛/铜、不锈钢/钢、铜/钢、铜/银等。
爆炸焊接是以炸药为能源进行金属间焊接的方法，这种焊接是利用雷管引爆炸药爆轰，爆炸产生的高压脉冲载荷作用在复板上，驱动复板在数微秒内被加速到每秒几百米的速度; 从引爆位置开始，复层板依次与基层板形成高速倾斜碰撞。两金属相撞产生的压力大大超过金属的动态屈服极限，在碰撞点邻近区域内，产生形变率极高的剧烈塑性形变。这是一个绝热过程，两种待结合的金属表面，在瞬间形成类似于流体一样的行为，形成两股运动方向相反的金属射流。位于碰撞点前的自由射流向未结合区的空间高速喷出，冲刷掉两金属待结合表面的氧化膜、污染物等，显露出洁净的活性表面, 为实现焊接提供了必要条件; 其后的金属射流在高压下形成波状的冶金结合。
爆炸焊接技术在制造任意金属组合的复合材料方面具有独特的优势，通过在金属基体内增加金属纤维或其它高强度纤维提高复合材料力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能等，是现代复合材料的发展方向。在备受国内外关注的新型功能材料—非晶态合金研究领域，爆炸焊接技术也大显身手。利用爆炸焊接技术制备块体非晶态合金是爆炸焊接技术一个崭新的应用领域。
随着现代科技对特殊合成材料需求的不断增长，人们对爆炸焊接技术的探索步伐进一步加快。比如，出现了水下爆炸焊接装置，通过水下爆炸加载方式使 0.1 mm 厚的铝板以 800 m/s 的速度与陶瓷容器焊接，有效地解决了金属与陶瓷爆炸焊接时陶瓷材料容易开裂及破碎的问题，这种通过水下冲击波向焊接材料传递爆炸能量的做法，为爆炸焊接技术的推广应用打开了新的思路。