[发明专利]一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法

说明书

本发明涉及冷焊制备异种金属复合结构，更具体的说是一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，该方法包括以下步骤：步骤一：母材Ⅰ加工形成塑性表层Ⅰ；步骤二：母材Ⅱ加工形成塑性表层Ⅱ；步骤三：塑性表层Ⅰ和塑性表层Ⅱ进行冷焊；可以通过母材Ⅰ和母材Ⅱ表面材料在搅拌与剪切作用下会产生塑性表层Ⅰ和塑性表层Ⅱ；塑性变形致使金属内部形成远超过平衡浓度的过饱和空位，变形过程中产生的位错和空位为金属原子的快速扩散提供了通道；同时，形成的大量晶体缺陷，如位错和层错同样可以促进原子扩散，高密度的可动空位、应变势梯度和应力均促进扩散动力学过程。

技术领域

本发明涉及冷焊制备异种金属复合结构，更具体的说是一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法。

背景技术

铝合金、镁合金及钛合金等轻质金属已经广泛的应用于航空航天领域，其中多金属之间的连接是难以避免的。异种金属的连接可以充分发挥两种金属的优势，以满足不同条件对材料的要求。采用轻质合金替代部分密度较大的合金可以实现轻量化结设计，在航空航天、交通运输以及船舶制造领域广泛应用，轻量化可以极大的减少能源消耗。此外，在保证结构此性能的前提下，可以采用成本较低的材料代替部分成本较高的金属，可以极大地降低生产成本。目前，异种金属复合结构制备通常采用机械连接或焊接的方式。

铆接及螺栓连接等机械连接方法需要预制孔，破坏结构的完整性，导致应力集中，会极大地降低接头的疲劳寿命。此外，螺栓和铆钉会增加接结构重量，不利于结构轻量化设计。

电弧焊、激光、电子束等焊接方法会产生较大的热输入，导致接头中产生较多的金属间化合物，严重恶化接头的力学性能。钎焊连接界面处也容易产生较多的金属间化合物，通常为接头中的薄弱环节，在服役中容易失效。虽然搅拌摩擦焊技术具有热输入较低的特点，但同样易产生较多的金属间化合物，同时还可能产生孔洞等缺陷，影响接头性能。此外，搅拌摩擦搭接接头中会出现钩状结构，对接头的结构会产生较大的影响。超声波焊接由于工艺的局限性，难以实大现面积及大厚度试件的连接。扩散焊接制备异种金属混合结构，由于界面处的金属原子扩散能力较差，需要较长的保温时间才能实现有效连接。此外，异种材料之间线膨胀系数相差较大，连接后会产生较大的应力集中甚至焊缝处会产生裂纹缺陷；综上现有技术中的缺点是不能有效地缩短连接时间，提升连接效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，可以有效地缩短连接时间，提升连接效率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：母材Ⅰ的表面加工形成塑性表层Ⅰ；

步骤二：母材Ⅱ的表面加工形成塑性表层Ⅱ；

步骤三：塑性表层Ⅰ和塑性表层Ⅱ进行冷焊。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，母材Ⅰ加工形成塑性表层Ⅰ的步骤为：

步骤一：母材Ⅰ表面进行打磨，除去氧化层及油污；

步骤二：加工工具对母材Ⅰ进行搅拌摩擦加工形成塑性表层Ⅰ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，母材Ⅱ加工形成塑性表层Ⅱ的步骤为：

步骤一：母材Ⅱ表面进行打磨，除去氧化层及油污；

步骤二：加工工具对母材Ⅱ进行搅拌摩擦加工形成塑性表层Ⅱ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变强压力辅助冷焊制备异种金属复合结构的方法，所述加工工具为无针搅拌头、搅拌针长度较小的锥形针带螺纹搅拌头、三铣平面锥形针带螺纹搅拌头或者圆柱针搅拌头。