[发明专利]异种金属复合成形过程界面热阻测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料塑性加工中的加热技术领域，更具体的涉及一种异种金属复合成形过程中金属界面热阻的测量方法。 

背景技术

随着异种金属复合板、管或构件等在石油化工、海洋开发、核能利用、家用电器和国防工业中需求的日益增加，对异种金属的结合质量提出了更高的要求，为此对异种金属施加一定的温度、压力和变形量使其在界面处发生良好的机械和冶金复合是一种行之有效的方法，如异种金属的固态锻焊、挤压和旋压等固态热压加工方法均可实现此类加工。当异种金属固态热压复合时，实际固体对固体的接触仅发生在一些离散点或微小面积上，其余的间隙部分是真空或填充介质(例如空气、水和油等)。由于间隙介质的导热系数与固体导热系数一般相差较大，因而引起接触面附近热流发生变化，形成接触换热的附加阻力，即界面接触热阻。在一般情况下，界面热阻的存在会增大热流途径上的温降。对于材料特性差异较大的异种金属复合管(如Steel/Al,Ti/Al,Mg/Al等)，利用其界面的接触热阻效应对两侧金属的温度分布进行梯度控制，将可实现对复合管内各层金属变形流动的主动控制，从而改善异种金属复合成形的界面变形协调性,从而提高界面结合质量，因此测定异种金属固态变形复合时的界面热阻具有重要意义。 

然而，目前关于界面热阻的测定主要是在低温和超导领域，其界面热阻测量条件较苛刻:界面温度一般较低，界面上压力较小，且传热材料不发生塑性变形，其测量过程主要基于接触式热电偶采集的温度分布，然后采用外推法和傅里叶导热定律求解界面热阻。而在异种金属复合成形时，一般其成形温度较高，界面正压力大，且发生较大的塑性变形，但现有的界面热阻测量方法由于材料在大载荷下发生变形导致接触式热电偶容易发生松动甚至损害，不能应用于异种金属成形时的界面热阻测量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种异种金属复合成形过程界面热阻测量方法，以解决现有的界面热阻测量方法由于材料在大载荷下发生变形导致接触式热电偶容易发生松动甚至损害， 不能应用于异种金属成形时的界面热阻测量的问题。 

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述方法包括如下步骤：步骤一、将异种金属坯料沿纵向标记若干个等距离孔，然后将其固定在压力机的凸凹模之间，其中异种金属坯料由第一坯料和第二坯料连接在一起，第一坯料和第二坯料的接触面为界面且二者为材质不同的金属，将异种金属坯料装夹在Instron电子万能材料试验机上，施加一定的预压力使模具夹紧异种金属坯料； 

步骤二、分别对凸模和凹模进行加热：通过智能温控仪设置凸模和凹模的预定加热温度，通过电阻加热器分别对凸模和凹模进行加热，直至温度场稳定； 

步骤三、对异种金属坯料施加载荷，以使得异种金属坯料产生塑性变形：预先计算异种坯料产生相应减薄率所需要的变形力，通过Instron电子万能材料试验机对异种金属坯料施加相应的载荷；异种金属坯料施加载荷后，充分保压，使异种金属坯料充分变形，逐步达到预定的变形量； 

步骤四、利用红外线热成像仪分别对异种金属坯料上的若干标记位置进行温度采集，且测量点沿垂直于界面方向分布，测量点与界面之间距离预先设定：红外线热成像仪连接计算机，待凸模和凹模均与异种金属坯料间充分传热后，开启红红外线热成像仪进行温度记录，观察记录各测点的温度信号，直至各点的温度基本稳定为止，异种金属坯料充分变形之后，观察各测点的温度信号，直至各点的温度基本稳定为止，结束测量； 

步骤五、对采集的数据进行分析处理，求解界面热阻：将红外线热成像仪记录的数据导出，用分析软件处理稳定后的温度场信息，通过外推法和傅里叶导热定律求解界面热阻。 

本发明具有以下有益效果：可较容易建立较高温度(≥200℃)下异种金属间复合的热流条件并实现其界面热阻的测量；可测量异种金属复合变形过程中的界面热阻的动态变化；可避免现有测量方法中金属复合变形过程的热电偶接触松动甚至损坏问题。