本发明涉及金属层状复合材料领域，特别是提供了一种金属层状复合材料及其激光辅助轧制复合成形装置与方法。
背景技术：
1、金属层状复合材料是由两种或两种以上具备不同物理化学性质的金属材料通过特殊的方法复合成形的复合材料。它既保持了单一金属的原有特性，同时也弥补了各自的不足，是一种具备优异综合性能的新材料。目前，金属层状复合材料在航天航空、汽车交通、石油化工、冶金机械、建筑环保、电子信息、海洋工程、国防军工和日常生活等领域均发挥了积极作用，具有广泛的应用前景。
2、传统上，金属层状复合材料的复合成形大多采用爆炸复合、扩散复合和轧制复合等方法，存在着生产周期长、能源消耗高、效率低，难以实现连续化生产，特别是加热温度等工艺参数难以精确控制等问题。尤其是对于由易互溶金属组成的金属层状复合材料而言，在传统复合成形过程中，由于加热温度难以精确调控，复合界面处常常易生成脆性金属间化合物。例如，ti/fe在850℃热轧复合时易产生交替分布的α-ti/α-fe相，温度升高至900℃时容易出现连续分布的feti、fe2ti、tic混合脆性相。这些脆性金属间化合物的生成易导致金属层状复合材料的界面结合质量不稳定，结合强度低，进而导致金属层复合材料的性能不理想。
3、综上所述，采用传统复合成形方法对金属层状复合材料进行复合成形时，制备工艺较复杂，加热温度等工艺参数波动较大、难以精确控制，材料性能不理想，能源利用率及生产效率低下，无法实现连续自动化生产。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种金属层状复合材料及其激光辅助轧制复合成形装置与方法，以有效地改善传统复合成形方法制备金属层状复合材料时存在的工艺较复杂、加热温度等工艺参数波动较大且难以精确控制以及材料性能不理想等问题。
2、根据本发明技术方案的第一方面，提供一种金属层状复合材料激光辅助轧制复合成形装置，其特征在于，包括：传送带、冷轧机、红外温度传感器、信号连接线、机械臂、激光系统、激光头、热轧机；
3、其中，所述热轧机布置在所述冷轧机的后面位置，且所述红外温度传感器和所述激光系统顺次安装在所述冷轧机和所述热轧机之间，通过所述信号连接线将所述红外温度传感器和所述激光系统相连；
4、所述激光头安装在所述激光系统的头部，且所述机械臂位于所述激光系统的上方；
5、所述传送带分别位于所述冷轧机前面位置、所述冷轧机和所述热轧机之间位置以及所述热轧机后面位置。
6、进一步地，所述冷轧机包括冷轧下轧辊、冷轧上轧辊，且所述冷轧下轧辊位于所述冷轧上轧辊的下方；所述热轧机包括热轧上轧辊、热轧下轧辊，且所述热轧上轧辊位于所述热轧下轧辊的上方。
7、进一步地，所述传送带的最高点与所述冷轧下轧辊和所述热轧下轧辊的最高点齐平。
8、根据本发明技术方案的第二方面，提供一种金属层状复合材料激光辅助轧制复合成形方法，所述激光辅助轧制复合成形方法基于根据以上任一方面所述的激光辅助轧制复合成形装置进行操作，包括如下步骤：
9、步骤1：准备待复合的金属坯料；
10、步骤2：对所述金属坯料的待复合表面进行在线或离线表面处理；
11、步骤3：将表面处理后的所述金属坯料进行在线或离线层叠组坯，获得复合坯料；
12、步骤4：对所述复合坯料进行冷轧预复合，获得金属层状预复合材料；
13、步骤5：对所述金属层状预复合材料靠近轧制变形区入口处的位置进行在线激光加热处理，紧接着实施在线热轧终复合，获得金属层状终复合材料；
14、步骤6：将所述金属层状终复合材料冷却至室温，获得金属层状复合材料。
15、进一步地，所述金属坯料包含两种或两种以上金属材质，所述金属坯料是成卷坯料或单张坯料中的至少一种。
16、进一步地，采用化学方法、物理方法或机械方法中的至少一种去除所述金属坯料的所述待复合表面的污染物和氧化层，所述表面处理的打磨条纹的方向与所述金属坯料的轧制方向相垂直。
17、进一步地，对所述复合坯料进行冷轧预复合，冷轧道次压下率为20％～60％、冷轧速度＜0.1m/s。
18、进一步地，所述金属层状预复合材料在线激光加热处理的加热温度为200～1100℃。
19、进一步地，对所述金属层状预复合材料进行所述在线激光加热处理并实施在线热轧终复合时，热轧道次压下率为20％～50％、热轧速度＜0.1m/s；所述在线激光加热处理与所述热轧终复合是在线连续方式；所述冷轧预复合与所述热轧终复合是在线连续方式或离线不连续方式。
20、进一步地，对所述金属层状复合材料进行后续热处理和精整。
21、进一步地，在所述复合坯料的上表面设置一个、两个或两个以上激光系统，或在所述复合坯料的所述上表面和下表面分别设置一个、两个或两个以上所述激光系统。
22、进一步地，所述激光系统的激光波长为500～1550nm、功率为100～2000w、扫描速度为100～5000mm/min、离焦量为-5～5mm。
23、进一步地，所述激光系统的激光头到所述金属坯料的外表面的垂直距离为10～20mm，且所述激光系统的所述激光头与所述金属坯料之间所形成的倾角为45°～90°。
24、根据本发明技术方案的第三方面，提供一种金属层状复合材料，所述金属层状复合材料采用根据以上任一方面所述的激光辅助轧制复合成形方法制备获得。
25、本发明的有益效果是：
26、(1)本发明装置的结构简单、操作方便，加热速度快、热量集中、热影响区小，热量利用率高，激光加热温度连续可调，制造成本低，便于连续自动化生产。
27、(2)本发明复合成形方法将冷轧预复合、激光在线加热、在线热轧终复合相结合，在线激光加热处理过程中无需使用氮气或惰性气体保护，能有效控制金属层状复合材料轧制复合成形过程，确保金属层状预复合材料在线加热温度精确可控和全过程工艺参数的稳定性，更好地协调复合界面异种金属的变形行为，具有工艺流程短、绿色清洁，材料几乎不发生氧化，材料利用率和成材率高等优点，特别适用于宽幅且覆层较薄或厚度较薄的金属层状复合材料的短流程低成本轧制复合成形。
28、(3)本发明制备的金属层状复合材料的复合界面平直度高，复合界面为强冶金结合且结合质量稳定，材料综合性能优异，且性能与质量的一致性和均匀性好。
1.一种金属层状复合材料激光辅助轧制复合成形装置，其特征在于，包括：传送带、冷轧机、红外温度传感器、信号连接线、机械臂、激光系统、激光头、热轧机；
2.根据权利要求1所述的激光辅助轧制复合成形装置，其特征在于，所述冷轧机包括冷轧下轧辊、冷轧上轧辊，且所述冷轧下轧辊位于所述冷轧上轧辊的下方；所述热轧机包括热轧上轧辊、热轧下轧辊，且所述热轧上轧辊位于所述热轧下轧辊的上方。
3.根据权利要求1所述的激光辅助轧制复合成形装置，其特征在于，所述传送带的最高点与所述冷轧下轧辊和所述热轧下轧辊的最高点齐平。
4.一种金属层状复合材料激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，所述激光辅助轧制复合成形方法基于根据权利要求1至3中任一项所述的激光辅助轧制复合成形装置进行操作，所述激光辅助轧制复合成形方法包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的一种激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，所述金属坯料包含两种或两种以上金属材质，所述金属坯料是成卷坯料或单张坯料中的至少一种；
6.如权利要求4所述的激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，对所述复合坯料进行冷轧预复合，冷轧道次压下率为20％～60％、冷轧速度＜0.1m/s。
7.如权利要求4所述的激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，对所述金属层状预复合材料进行在线激光加热处理并实施在线热轧终复合时，所述在线激光加热处理的加热温度为200～1100℃，热轧道次压下率为20％～50％、热轧速度＜0.1m/s；所述在线激光加热处理与所述热轧终复合是在线连续方式；所述冷轧预复合与所述热轧终复合是在线连续方式或离线不连续方式。
8.如权利要求4所述的激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，在所述复合坯料的上表面设置一个、两个或两个以上激光系统，或在所述复合坯料的所述上表面和下表面分别设置一个、两个或两个以上所述激光系统。
9.如权利要求8所述的激光辅助轧制复合成形方法，其特征在于，所述激光系统的激光波长为500～1550nm、功率为100～2000w、扫描速度为100～5000mm/min、离焦量为-5～5mm；所述激光系统的激光头到所述金属层状预复合材料的外表面的垂直距离为10～20mm，且所述激光系统的所述激光头与所述金属层状预复合材料之间所形成的倾角为45°～90°。
10.一种金属层状复合材料，其特征在于，所述金属层状复合材料采用根据权利要求4至9中任一项所述的激光辅助轧制复合成形方法制备获得。
