爆炸焊接銀/鋼復(fù)合板性能與微觀組織檢測

李平倉，趙 惠，朱 磊，沈春豫，劉燕平

(1.西安天力金屬復(fù)合材料有限公司, 西安 710201;2.陜西省層狀金屬復(fù)合材料工程研究中心, 西安 710201)

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【化學(xué)工程與材料科學(xué)】

爆炸焊接銀/鋼復(fù)合板性能與微觀組織檢測

李平倉1,2，趙 惠1,2，朱 磊1,2，沈春豫1,2，劉燕平1,2

(1.西安天力金屬復(fù)合材料有限公司, 西安 710201;2.陜西省層狀金屬復(fù)合材料工程研究中心, 西安 710201)

通過對(duì)爆炸焊接銀/鋼復(fù)合板的力學(xué)性能和微觀組織進(jìn)行檢驗(yàn)，綜合評(píng)估銀/鋼復(fù)合板的品質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，銀/鋼復(fù)合板的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足用戶使用要求。

銀/鋼復(fù)合板；多晶硅提純；力學(xué)性能；微觀組織

中國多晶硅工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，但由于工藝技術(shù)落后，環(huán)境污染嚴(yán)重，消耗大，成本高等原因，絕大部分企業(yè)因虧損而相繼停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)。利用硅礦開發(fā)多晶硅，產(chǎn)業(yè)耗能大，電力需求高，電價(jià)已成為中國大多數(shù)硅礦企業(yè)亟待突破的瓶頸之一。因此降低能耗成本是大力發(fā)展多晶硅產(chǎn)業(yè)的重要途徑之一[1-4]。目前國內(nèi)多晶硅提純?cè)O(shè)備以奧氏體不銹鋼復(fù)合板為主，其反射率約為60%，是能耗高的主要因素，因此如果想降低能耗就必須找到反射率比不銹鋼更好的材料。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，純銀質(zhì)軟塑性良好，反射率高達(dá)90%，因此銀/鋼復(fù)合板可作為多晶硅提純?cè)O(shè)備用不銹鋼復(fù)合板的替代品。本文對(duì)采用爆炸焊接法制備的銀/鋼復(fù)合板的性能和微觀組織進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估，確保銀/鋼復(fù)合板滿足用戶的使用要求。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用復(fù)合板的復(fù)層為銀Ag1，不銹鋼為316L，它們的化學(xué)成分分別如表1和表2所示。

表1 銀板的化學(xué)成分

表2 304L不銹鋼的化學(xué)成分 %

元素NiCrMnPC實(shí)測值12．217．21．050．0050．029元素NSiSMoFe實(shí)測值0．090．81<0．0051．52Bal．

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

采用爆炸焊接法制備規(guī)格為3/20×2 000×6 000 mm的銀/鋼復(fù)合板。

利用OLYMPUS BX60光學(xué)顯微鏡觀察試樣微觀組織形貌。采用MODEL55100型電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切、彎曲試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

圖1是銀/鋼復(fù)合板的外觀。從圖中可以看出，爆炸焊接后的復(fù)合板從外觀看，結(jié)合良好，無分層等缺陷。采用超聲檢測(UT檢測)復(fù)合板的結(jié)合品質(zhì)。

圖1 銀/鋼復(fù)合板外觀

圖2是復(fù)合板的UT波形圖，從圖中可以看出，復(fù)合板各區(qū)域結(jié)合良好，無界面波等缺陷波。

圖2 UT波形

對(duì)復(fù)合板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，當(dāng)施加彎曲力為4T彎曲角度為180°時(shí)，復(fù)合板檢驗(yàn)合格。從試樣的外觀可以看出(圖3)，銀層和不銹鋼層均無裂紋，且界面處也無裂紋，這說明復(fù)合板結(jié)合良好。

對(duì)復(fù)合板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，從表3中可以看出，復(fù)合板的屈服強(qiáng)度σs為449 MPa，抗拉強(qiáng)度為σb為629 MPa，延伸率ψ為49%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 銀鋼復(fù)合板的力學(xué)性能和銀層厚度

圖3 外彎試樣

對(duì)復(fù)合板進(jìn)行剪切試驗(yàn)，可以看出復(fù)合板的剪切強(qiáng)度為143 MPa。圖4是剪切試樣的俯視圖，可以看出，復(fù)層銀被剝落，界面呈現(xiàn)爆炸焊接特有的波形界面。從試樣的側(cè)視圖(圖5)中可以看出，剪切試驗(yàn)的斷裂發(fā)生在銀層上。這是因?yàn)殂y材質(zhì)軟，強(qiáng)度低。當(dāng)受到外力時(shí)，銀層首先發(fā)生失效斷裂，而界面層未發(fā)生剝落。上述分析表明，銀/鋼復(fù)合板的界面強(qiáng)度超過銀母材的強(qiáng)度，因此受到外界的剪切力時(shí)，銀層首先發(fā)生了斷裂。

圖4 復(fù)合板的剪切試樣俯視圖

因?yàn)殂y是貴金屬，厚度的大小直接影響成本的高低。因此在評(píng)估過程中，對(duì)復(fù)合前后銀層的減薄量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從表3可看出，銀復(fù)層在復(fù)合前后，減薄量在0.07 mm以內(nèi)，損耗小。因此，銀/鋼復(fù)合板無論從力學(xué)性能還是從成本上都能滿足用戶需求，因此它可以替代不銹鋼復(fù)合板為多晶硅提純用設(shè)備用。

圖5 復(fù)合板的剪切試樣側(cè)視圖

圖6是銀/鋼復(fù)合板的界面區(qū)域微觀組織。從圖中可以看出，銀/鋼復(fù)合板的界面呈現(xiàn)爆炸焊接特有的波形界面，且無分層、孔洞等界面缺陷。波前的渦流處，也無融化塊等缺陷存在。

圖6 界面微觀組織

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)采用爆炸焊接法制備的銀/鋼復(fù)合板，通過對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能檢測和微觀組織分析后，得出以下結(jié)論：

1) 銀/鋼復(fù)合板的180°外彎試樣無裂紋，屈服強(qiáng)度為449 MPa，抗拉強(qiáng)度大于629 MPa，斷面延伸率為49%，剪切強(qiáng)度為143 MPa，完全滿足用戶使用要求，且銀材復(fù)合前后僅減薄0.07 mm，損耗不大。

2) 銀/鋼復(fù)合板的界面成波狀，無裂紋、孔洞等界面缺陷，界面結(jié)合良好。

3) 無論微觀組織，還是從力學(xué)性能，銀/鋼復(fù)合板均能滿足多晶硅提純用設(shè)備使用要求。

[1] 張秋平．冷噴涂技術(shù)[J].飛航導(dǎo)彈，2003(9)：56-57.

[2] 李耿，周勇，薛颯.冷噴涂技術(shù)[J].熱處理技術(shù)與裝備,2009(4):11-14，21.

[3] 朱祖芳．金屬的耐腐蝕性及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995：36-42.

[4] 許越，陳湘，呂祖舜.鎂合金表面的腐蝕特性及其防護(hù)技術(shù)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001(6):753-757．

(責(zé)任編輯 楊繼森)

Analysis on Property and Microstructure of Silver Clad Steel Plate

LI Ping-cang1,2， ZHAO Hui1,2， ZHU Lei1,2， SHEN Chun-yu1,2， LIU Yan-ping1,2

(1.Xi’an Tianli Clad Metal Materials Co., Ltd., Xi’an 710201, China; 2.Shaanxi Engineering Research Center of Metal Clad Plate, Xi’an 710201, China)

Mechanical property and microstructure of silver clad steel plates were investigated and the quality of silver clad steel plate was evaluated. The result showed that it meets the requirements to property of clad plates.

silver/clad steel plate; polysilicon purification; mechanical property; microstructure

2017-01-20；

2017-02-26

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2015AA03A501)

李平倉(1968—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事層狀金屬復(fù)合材料研究。

10.11809/scbgxb2017.06.029

format:LI Ping-cang，ZHAO Hui，ZHU Lei,et al.Analysis on Property and Microstructure of Silver Clad Steel Plate[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(6):135-137.

TG456；TJ04

A

2096-2304(2017)06-0135-03

本文引用格式：李平倉，趙惠，朱磊，等.爆炸焊接銀/鋼復(fù)合板性能與微觀組織檢測[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(6):135-137.