[发明专利]一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法

说明书

本发明提供一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法，准备一种或多种金属箔材，清洗表面油污并烘干待用；将脉冲电流电源与超声波固结装备进行连接，保证脉冲电流正负极间带材/基板为唯一通路；采用同步耦合方式，在超声波固结过程中施加具有电流密度、频率的脉冲电场，完成单道次的金属箔材的固结；待步骤三完成后，按照需要重复步骤三过程，实现金属箔材的逐层累加固结，最终制备出不同厚度/层数的金属层状复合材料，得到高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料。本发明所利用的脉冲电流的电致塑性效应与传统热效应提升材料塑性的方法有着本质性的不同，能够在极少温升情况下瞬时提升材料的塑性变形能力。

技术领域

本发明涉及一种金属层状复合材料的方法，尤其涉及一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法，属于层状复合材料制备领域。

背景技术

金属层状复合材料与结构(包括：同种及异种金属层状复合材料、金属泡沫(蜂窝)夹芯板、层状电极复合材料等)因其具有优异的力学和功能特性，在航空航天、舰船、地面武器、轨道交通、汽车制造、电力电子等领域有着广泛的应用前景。为克服金属层状复合材料传统成形与制造工艺(如爆炸成形、轧制复合、钎焊等)的不足，近年来美国发展了超声波直接逐层固结成形与快速制造技术。超声波固结成形与制造技术是继高能三束(激光、电子束和等离子束)为热源的金属3D打印技术之后又一新型金属快速成形与增材制造技术。这种成形技术无需外部能量的输入，仅在超声波能量和静压力的作用下，使界面处的金属原子相互扩散完成固态物理冶金结合，进而实现金属箔材间的固态连接和成形。但是由于受换能器功率限制及特定种类金属的材料强度等性能的限制，超声波固结成形技术在常温下无法应用于高强度金属箔材(如钛合金、不锈钢等)或厚度较大箔材的固结成形与制造。固结高强度金属目前往往需要引入额外热源(基板加热)，但该方法会引起一系列问题如：预热及冷却时间长、加工工序复杂、环境条件对加工工艺影响过大、大温差引起的局部残余应力等。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用传统基板加热方式超声波固结金属层状复合材料时预热及冷却时间长、加工工序复杂、环境条件对加工工艺影响过大、温度变化引起局部应力残余等不足而提供一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法，所述的制备方法包括超声波快速固结技术和脉冲电流快速加工技术，包括如下步骤：

步骤一、准备一种或多种金属箔材，清洗表面油污并烘干待用；

步骤二、将脉冲电流电源与超声波固结装备进行连接，保证脉冲电流正负极间带材/基板为唯一通路；

步骤三、采用同步耦合方式，在超声波固结过程中施加具有电流密度、频率的脉冲电场，完成单道次的金属箔材的固结；

步骤四、待步骤三完成后，按照需要重复步骤三过程，实现金属箔材的逐层累加固结，最终制备出不同厚度/层数的金属层状复合材料，得到高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料。

所述步骤一中所述金属箔材为钛合金、不锈钢、铜合金、铝合金等不同厚度的金属箔材；

所述步骤二中脉冲电流与超声波固结连接方式可为固定电极方式和活动电极方式；

所述步骤三中脉冲电流密度不高于10A/mm2，频率不高于450Hz；

所述步骤四中金属箔材厚度可以设定，用于制备不同层厚比的金属层状复合材料。

本发明的创新点为：