[发明专利]一种材料液相连接模锻一体化成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料成形方法。

背景技术

材料连接是将两种或多种材料(包括金属和非金属、复合材料、化合物等)通过一定工艺条件连接到一起，形成一个完整的、具有一定使用性能的结构。材料连接结构具有多种材料综合的优良性能，因而在航空航天、空间技术、核工业、微电子、汽车、石油化工等领域得到了广泛的应用。现代科学技术的进步对材料科学与工程技术的要求日益提高，研制开发新型高性能结构零件以及先进连接技术已经成为广大高科技企业需要迫切解决的问题，这一现象在汽车、航空航天、电子通讯等领域体现得更为明显。如航天领域和国民生产领域中的热管结构采用了铝合金与不锈钢、铝合金与铜的板管结构，新一代导弹的发动机、推进器壳体、高压气瓶和燃气轮机叶片也都采用陶瓷和金属两种材料焊接在一起的方法连接技术是连接材料构成连接结构的关键。

近年来，对连接材料使用特殊工艺进行连接以满足制件的使用要求，并能生产出高质量复合连接零件(智能零件)，已成为生产制造工程师和广大科学工作者研究探索热点。而传统的铸造及锻造技术已不能完全满足这些零部件的制造需求和使用性能，正是这种需求使得半固态成形技术的研究受到广泛的关注尤其是半固态成形制件的力学性能和质量控制。

由于连接材料的物理性能和化学性能存在很大差异，对连接的要求比较苛刻。目前一般采用机械连接、胶接、焊接等方法，主要以机械连接和胶接或二者组合应用为主。但机械连接和胶接存在很多缺点，如强度低、结构质量大、胶接时产生多余物等，因此，国内外众多研究者开展了大量的研究，采用焊接方法来解决连接材料的连接问题。常规的熔焊方法连接容易出现如下问题：(1)冶金不相容性，在界面形成脆性化合物相；(2)热物理性能不匹配，产生残余应力；(3)力学性能差异大，导致连接界面力学失配，产生严重的应力奇异行为。上述问题的存在，不但使得材料连接困难，而且还影响到接头组织、性能和力学行为，对接头的断裂性能和可靠性造成不良影响，甚至严重影响结构的完整性。

发明内容

本发明是要解决现有的材料连接方法材料连接困难、强度低的技术问题，而提供一种材料液相连接模锻一体化成形方法。

本发明的一种材料液相连接模锻一体化成形方法按以下步骤进行：

一、将待连接的材料的待连接面去除油污及杂质；

二、将经步骤一处理的待连接材料，在真空或惰性气体的保护下，分别加热到它们的塑性变形温度，并保温至其材料各部温度一致；再继续加热使待连接材料的温度快速升至它们的熔点温度并保温使材料表层熔化；

三、将经步骤二处理的待连接材料置于热压机的模腔中热压成形，或者将经步骤二处理的待连接材料置于轧辊机的轧辊之间进行辊轧成形，完成材料液相连接模锻一体化成形。

本发明的有效益果为：

(1)连接模锻一体化成形方法是通过加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间的扩散和结合，使两分离的物体连接在一起的方法。通常需要通过钎料(中间层)或机械压力的作用将两种或多种材料连接在一起的，从而得到一种连接件。钎料(中间层)的作用是起到相互粘结的作用，而机械压力起到的促进界面结合的作用。通过瞬时加热，使材料表层熔化，此熔化层即为中间层，即达到了钎料的作用效果，并且成形过程中又存在压力的作用。因此，如果将瞬时液相连接连接(焊接)成形和塑性加工成形结合起来，通过液相扩散及压力的作用，所得制件界面扩散能力更强，结合能力更强，界面结合更紧密，性能更优良。该工艺方法将塑性加工技术和材料连接成形两种工艺相融合，发挥其长，避开其短，为材料加工技术提供了一条新的途径。

(2)采用液相连接模锻技术，在界面结合区域不会采用瞬时液相扩散连接中的第三相中间层，因此界面可以充分扩散且避免不均匀性产生，又能避免连续的脆性中间相的生成，对连接条件要求比较低，可以提高连接材料之间的结合强度，可实现材料界面连接-整体成形的同步进行。

(3)该工艺成形方式可以是模锻成形，也可以是其他成形方式，如挤压、轧制等。尤其值得一提的是利用该工艺方法可以很好的解决层状板材的成形问题(对于这类材料的成形利用常规的焊接或连接成形比较困难)，为层状板材或层状复合材料的成形提出了一条新的技术途径。