脈沖電流對(duì)鋁基復(fù)合材料拉深變形與擴(kuò)散連接的影響.pdf

1、SiCp/2024Al復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、比模量,耐高溫、耐磨損,良好的耐疲勞性能和斷裂韌性、熱膨脹系數(shù)小及尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn),可適應(yīng)航空航天等領(lǐng)域?qū)こ探Y(jié)構(gòu)減輕重量、提高性能的需求。但是由于SiC陶瓷顆粒的加入使得復(fù)合材料板材的塑性和韌性降低,極大地限制了SiCp/2024Al復(fù)合材料的應(yīng)用和推廣。為解決SiCp/2024Al復(fù)合材料二次加工困難的問(wèn)題,本文利用脈沖電流通過(guò)金屬板材產(chǎn)生焦耳熱、電致塑性效應(yīng),研究了脈沖電流輔助拉深成形

2、工藝。同時(shí),采用加入Al-Cu-Ti粉末作為連接中間層,進(jìn)行了SiCp/2024Al復(fù)合材料脈沖電流輔助瞬態(tài)液相(Transientliquidphase,TLP)擴(kuò)散連接工藝的研究。
　　針對(duì)脈沖電流作用于金屬材料時(shí),其電熱物理特性的復(fù)雜性,本文進(jìn)行了加熱速率、加熱溫度、熱傳導(dǎo)及熱擴(kuò)散等脈沖電流加熱特性的研究。結(jié)果表明采用銅/鋼復(fù)合電極,在紫銅電極與坯料之間加入不銹鋼保溫片的方法,能夠有效地減小坯料與電極間的熱傳導(dǎo),提高板材坯料

3、溫度場(chǎng)分布的均勻性。同時(shí),通過(guò)研究脈沖電流加熱對(duì)SiCp/2024Al復(fù)合材料的拉伸性能及微裂紋損傷修復(fù)的影響,為脈沖電流輔助成形技術(shù)走向工程化做好充分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論準(zhǔn)備。
　　通過(guò)對(duì)脈沖電流輔助成形工藝的可行性分析,結(jié)合脈沖電流作用下SiCp/2024Al復(fù)合材料的電熱物理特性,進(jìn)行了脈沖電流輔助拉深成形工裝設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的選擇,并完成了SiCp/2024Al復(fù)合材料零件的拉深成形。成形的工件表面質(zhì)量光滑、厚度均勻、無(wú)明顯劃傷

4、和褶皺,圓角處無(wú)顯微裂紋出現(xiàn),尺寸精度達(dá)到±0.2mm。與傳統(tǒng)的熱成形工藝相比,脈沖電流輔助成形技術(shù)采用脈沖電流加熱及板材拉深成形一體化設(shè)計(jì),具有設(shè)備簡(jiǎn)單、加熱速度快、熱損失少及被加工材料氧化較小等特點(diǎn)。
　　為了解決SiCp/2024Al復(fù)合材料焊接性較差,使用一般的連接方法都難于達(dá)到理想的效果,從而影響到部件的安全性和可靠性等問(wèn)題,本文提出了脈沖電流輔助瞬態(tài)液相擴(kuò)散連接技術(shù),利用低壓高強(qiáng)度脈沖電流通過(guò)連接界面與Al-Cu-Ti

5、粉末中間層產(chǎn)生焦耳熱、高溫等離子體和電遷移等效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)SiCp/2024Al復(fù)合材料板材的TLP擴(kuò)散連接。通過(guò)對(duì)連接接頭的微觀組織及力學(xué)性能的分析結(jié)果顯示,連接接頭成份均勻、質(zhì)量良好、原位生成的Al3Ti等增強(qiáng)相能產(chǎn)生顆粒彌散強(qiáng)化,阻礙位錯(cuò)滑移,在連接時(shí)間為60min時(shí),其剪切強(qiáng)度值大于154.1MPa,極大的提高接頭的剪切強(qiáng)度。
　　采用脈沖電流輔助TLP擴(kuò)散連接技術(shù),進(jìn)行了SiCp/2024Al復(fù)合材料兩層結(jié)構(gòu)的連接,接頭中

6、間層與鋁合金基體界面呈冶金態(tài)連接,未見(jiàn)有夾雜、偏聚及氣孔等缺陷,Cu元素?cái)U(kuò)散至母材當(dāng)中,形成了明顯的擴(kuò)散層,連接質(zhì)量良好。鋁基復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)主要取決于其連接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能,由于表面氧化膜和碳化硅顆粒偏聚的影響,造成了SiCp/2024Al復(fù)合材料的連接難以達(dá)到理想的效果,極大的制約了SiCp/2024Al復(fù)合材料板材多層結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用。脈沖電流輔助TLP擴(kuò)散連接技術(shù)的出現(xiàn),為鋁基復(fù)合材料多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了可能,相信隨著