爆炸焊接银/钢复合板性能与微观组织检测

李平仓，赵 惠，朱 磊，沈春豫，刘燕平

(1.西安天力金属复合材料有限公司, 西安 710201;2.陕西省层状金属复合材料工程研究中心, 西安 710201)



【化学工程与材料科学】

爆炸焊接银/钢复合板性能与微观组织检测

李平仓1,2，赵 惠1,2，朱 磊1,2，沈春豫1,2，刘燕平1,2

(1.西安天力金属复合材料有限公司, 西安 710201;2.陕西省层状金属复合材料工程研究中心, 西安 710201)

通过对爆炸焊接银/钢复合板的力学性能和微观组织进行检验，综合评估银/钢复合板的品质。试验结果表明，银/钢复合板的各项性能指标满足用户使用要求。

银/钢复合板；多晶硅提纯；力学性能；微观组织

中国多晶硅工业起步于20世纪50年代，但由于工艺技术落后，环境污染严重，消耗大，成本高等原因，绝大部分企业因亏损而相继停产或转产。利用硅矿开发多晶硅，产业耗能大，电力需求高，电价已成为中国大多数硅矿企业亟待突破的瓶颈之一。因此降低能耗成本是大力发展多晶硅产业的重要途径之一[1-4]。目前国内多晶硅提纯设备以奥氏体不锈钢复合板为主，其反射率约为60%，是能耗高的主要因素，因此如果想降低能耗就必须找到反射率比不锈钢更好的材料。经调研发现，纯银质软塑性良好，反射率高达90%，因此银/钢复合板可作为多晶硅提纯设备用不锈钢复合板的替代品。本文对采用爆炸焊接法制备的银/钢复合板的性能和微观组织进行检验和评估，确保银/钢复合板满足用户的使用要求。

1 实验方法

1.1 实验材料

实验所用复合板的复层为银Ag1，不锈钢为316L，它们的化学成分分别如表1和表2所示。

表1 银板的化学成分

表2 304L不锈钢的化学成分 %

元素NiCrMnPC实测值12．217．21．050．0050．029元素NSiSMoFe实测值0．090．81<0．0051．52Bal．

1.2 实验设备及方法

采用爆炸焊接法制备规格为3/20×2 000×6 000 mm的银/钢复合板。

利用OLYMPUS BX60光学显微镜观察试样微观组织形貌。采用MODEL55100型电子万能试验机进行剪切、弯曲试验。

2 结果与分析

图1是银/钢复合板的外观。从图中可以看出，爆炸焊接后的复合板从外观看，结合良好，无分层等缺陷。采用超声检测(UT检测)复合板的结合品质。

图1 银/钢复合板外观

图2是复合板的UT波形图，从图中可以看出，复合板各区域结合良好，无界面波等缺陷波。

图2 UT波形

对复合板进行力学性能检验，当施加弯曲力为4T弯曲角度为180°时，复合板检验合格。从试样的外观可以看出(图3)，银层和不锈钢层均无裂纹，且界面处也无裂纹，这说明复合板结合良好。

对复合板进行拉伸试验，从表3中可以看出，复合板的屈服强度σs为449 MPa，抗拉强度为σb为629 MPa，延伸率ψ为49%，满足标准要求。

表3 银钢复合板的力学性能和银层厚度

图3 外弯试样

对复合板进行剪切试验，可以看出复合板的剪切强度为143 MPa。图4是剪切试样的俯视图，可以看出，复层银被剥落，界面呈现爆炸焊接特有的波形界面。从试样的侧视图(图5)中可以看出，剪切试验的断裂发生在银层上。这是因为银材质软，强度低。当受到外力时，银层首先发生失效断裂，而界面层未发生剥落。上述分析表明，银/钢复合板的界面强度超过银母材的强度，因此受到外界的剪切力时，银层首先发生了断裂。

图4 复合板的剪切试样俯视图

因为银是贵金属，厚度的大小直接影响成本的高低。因此在评估过程中，对复合前后银层的减薄量进行统计分析。从表3可看出，银复层在复合前后，减薄量在0.07 mm以内，损耗小。因此，银/钢复合板无论从力学性能还是从成本上都能满足用户需求，因此它可以替代不锈钢复合板为多晶硅提纯用设备用。

图5 复合板的剪切试样侧视图

图6是银/钢复合板的界面区域微观组织。从图中可以看出，银/钢复合板的界面呈现爆炸焊接特有的波形界面，且无分层、孔洞等界面缺陷。波前的涡流处，也无融化块等缺陷存在。

图6 界面微观组织

3 结论

本次试验采用爆炸焊接法制备的银/钢复合板，通过对其进行力学性能检测和微观组织分析后，得出以下结论：

1) 银/钢复合板的180°外弯试样无裂纹，屈服强度为449 MPa，抗拉强度大于629 MPa，断面延伸率为49%，剪切强度为143 MPa，完全满足用户使用要求，且银材复合前后仅减薄0.07 mm，损耗不大。

2) 银/钢复合板的界面成波状，无裂纹、孔洞等界面缺陷，界面结合良好。

3) 无论微观组织，还是从力学性能，银/钢复合板均能满足多晶硅提纯用设备使用要求。

[1] 张秋平．冷喷涂技术[J].飞航导弹，2003(9)：56-57.

[2] 李耿，周勇，薛飒.冷喷涂技术[J].热处理技术与装备,2009(4):11-14，21.

[3] 朱祖芳．金属的耐腐蚀性及其应用[M].北京：化学工业出版社，1995：36-42.

[4] 许越，陈湘，吕祖舜.镁合金表面的腐蚀特性及其防护技术[J].哈尔滨工业大学学报,2001(6):753-757．

(责任编辑 杨继森)

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

国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2015AA03A501)

李平仓(1968—)，男，教授级高级工程师，主要从事层状金属复合材料研究。

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：李平仓，赵惠，朱磊，等.爆炸焊接银/钢复合板性能与微观组织检测[J].兵器装备工程学报，2017(6):135-137.