本发明属于金属复合板制备，涉及一种高结合强度钛合金/硬质合金双金属层状复合材料及其制备工艺。
背景技术：
1、双金属层状复合材料是由两种金属所构成的新型材料，呈现为板状、管状以及棒状等形式。双金属层状复合材料能够集合组元金属各自的优点，实现优势互补，获得优异的综合性能。钛合金的密度小(～4.5g/cm3)、比强度高、良好的塑性以及优异的耐腐蚀性能等，广泛应用于航空航天、海洋工程等领域。但是，钛合金的耐磨性能较差。硬质合金由硬质相和粘结剂组成，比如wc硬质相和co金属粘结剂(钨钴硬质合金)，具有优异的耐磨性能。但是，硬质合金的密度普遍较高，比如最常见的钨钴硬质合金的密度在～14g/cm3左右，而且塑性与韧性差。将轻质高强韧的钛合金和耐磨硬质合金复合为双金属层状复合材料，可实现轻质、高强、高韧以及高耐磨性能，在海洋、国防等领域具有重要的应用潜力。
2、良好的界面结合(较高的界面结合强度)是双金属层状复合材料实现优异综合性能的前提。目前，制备双金属层状复合材料的常用复合方法有固-液复合法、固-固复合法等。在固-液复合法中，由于温度较高，往往在异质金属间产生较厚的层间脆硬化合物、引入较高的残余应力等，所制备的界面结合强度往往较低。固-固复合法具体又有热轧复合法、爆炸复合法、扩散复合法等不同的形式。其中，扩散复合法具有温度相对较低、变形量较小等特点，广泛应用于双金属层状复合材料的制备。
3、钛合金的热膨胀系数较大(9.4～10.5×10-6/k)，而硬质合金的热膨胀系数相对较低(4～6×10-6/k)，两种材料之间的热膨胀系数差距较大。在扩散复合的冷却过程中，随着温度的降低，两种材料的收缩情况不同，将在两种材料之间参数较大的残余应力，可能显著降低界面结合强度。此外，ti和wc、ti和co等可能会发生反应，生成金属间化合物，也会降低界面结合强度。为此，在进行钛合金/硬质合金热压扩散复合时，为减少接头界面的残余应力集中和避免在界面处生成金属间化合物，必须要选用合适的热压扩散复合参数和中间层材料。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高结合强度双金属层状复合材料及其制备工艺，以解决背景技术中提出的问题。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
4、s1、材料的制备：切割钛合金和硬质合金作为原材料，切割铁箔和钒箔作为中间层材料，并分别对原材料和中间层材料进行表面处理；
5、s2、将经过表面处理得到的原材料和中间层材料进行堆叠，堆叠顺序为硬质合金/铁箔/钒箔/钛合金，形成待复合的复合坯料；
6、s3、将复合坯料放入热压炉中进行热压扩散复合，热压扩散复合完成后，随炉冷却至室温后取出，制备得到高结合强度钛合金/硬质合金双金属层状复合材料。
7、进一步地，所述硬质合金由硬质相和粘结相所组成。
8、进一步地，所述硬质相为wc，所述粘结相为co。
9、进一步地，所述铁箔为工业纯铁，所述钒箔为工业纯钒。
10、进一步地，步骤s1中，对原材料中钛合金的表面处理的过程为：用砂纸对钛合金中用于复合的表面进行打磨，以去除打磨表面的切割痕迹和氧化层，确保打磨表面无氧化层后用酒精清洗后吹干，再用化学腐蚀剂对切割后的钛合金进行酸洗，清洗后吹干备用。
11、进一步地，所述化学腐蚀剂为v(hf)：v(hno3)：v(h2o)＝3:9:40。
12、进一步地，步骤s1中，对原材料中硬质合金的表面处理的过程为：用金刚石砂纸对硬质合金用于复合的表面进行打磨进行打磨，去除硬质合金打磨表面的切割痕迹和氧化层，用酒精清洗后吹干备用。
13、进一步地，步骤s1中，对铁箔和钒箔的表面处理的过程为：用砂纸对铁箔和钒箔中用于复合的表面进行打磨去除氧化层，去除铁箔和钒箔打磨表面的切割痕迹和氧化层后，进行超声波清洗，然后用酒精冲洗后吹干备用。
14、进一步地，在步骤s3中，热压扩散复合的温度为850℃～950℃，压制压力为10～20mpa，保温时间为40～60min。
15、进一步地，所述热压炉内为真空环境或惰性气氛，以防止原材料和中间层材料氧化。
16、一种高结合强度双金属层状复合材料，包括所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺制备得到的高结合强度钛合金/硬质合金双金属层状复合材料。
17、本发明的有益效果在于：
18、相对于不使用中间层材料，本发明采用fe/v复合中间层材料可以减小界面残余应力，可以有效避免恶性的脆性层间化合物，制得的钛合金/硬质合金复合板的界面结合强度高，强度至少在120mpa以上；
19、并且本发明通过热压扩散复合制备的硬质合金/钛合金双金属层状复合材料，在具有良好的强度、韧性和塑性的同时，还具有较低的密度，优异的耐磨性能。
20、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于：所述铁箔为工业纯铁，所述钒箔为工业纯钒。
3.根据权利要求1所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于，步骤s1中，对原材料中钛合金的表面处理的过程为：用砂纸对钛合金中用于复合的表面进行打磨，以去除打磨表面的切割痕迹和氧化层，确保打磨表面无氧化层后用酒精清洗后吹干，再用化学腐蚀剂对切割后的钛合金进行酸洗，清洗后吹干备用。
4.根据权利要求1所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于，步骤s1中，对原材料中硬质合金的表面处理的过程为：用金刚石砂纸对硬质合金用于复合的表面进行打磨，去除硬质合金打磨表面的切割痕迹和氧化层，用酒精清洗后吹干备用。
5.根据权利要求1所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于，步骤s1中，对铁箔和钒箔的表面处理的过程为：用砂纸对铁箔和钒箔中用于复合的表面进行打磨去除氧化层，去除铁箔和钒箔打磨表面的切割痕迹和氧化层后，进行超声波清洗，然后用酒精冲洗后吹干备用。
6.根据权利要求1所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于：在步骤s3中，热压扩散复合的温度为850℃～950℃，压制压力为10～20mpa，保温时间为40～60min。
7.根据权利要求6所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺，其特征在于：所述热压炉内为真空环境或惰性气氛，以防止原材料和中间层材料氧化。
8.一种高结合强度双金属层状复合材料，其特征在于：包括权利要求1～7任一项中所述的高结合强度双金属层状复合材料的制备工艺制备得到的高结合强度钛合金/硬质合金双金属层状复合材料。
