[发明专利]一种舰船用铝/钢复合过渡接头及其制备方法

说明书

本发明提供一种舰船用铝/钢复合过渡接头及其制备方法，包括在钢板表面设置若干个相互平行的梯形通槽，然后将铝板放置在钢板上，以梯形通槽的设置方向为加工方向，带螺纹的搅拌头扎入铝板且位于梯形通槽中，并对铝板进行搅拌摩擦加工，直到经搅拌摩擦加工后的铝完全充满梯形通槽，完成加工，即得舰船用铝/钢复合过渡接头。本发明在钢表面开梯形通槽且利用带螺纹的锥形搅拌头使铝/钢在搅拌摩擦加工时的热输入降低，有效的抑制了金属化合物的形成，实现了两者复合时的冶金结合与机械互锁结合的双重结合作用，有效地避免了界面的开裂等问题。

技术领域

本发明属于舰船用铝/钢复合过渡接头制备技术领域，具体涉及一种舰船用铝/钢复合过渡接头及其制备方法。

背景技术

通常，铝/钢复合材料因其既具有铝合金比重小、导电性能好、耐蚀性能好的优点，同时兼具钢的强度高的特点，实现了轻量化，因此被广泛的用在船舶中。舰船用铝-钢复合过渡接头是将铝合金上层建筑与钢结构之间有效连接起来的关键材料，因铝和钢的物理特性差别大、冶金相容性差，在两者界面处极易产生金属间化合物，当金属间化合物厚度过厚时会生成硬脆金属间化合物，增加接头脆性，不能采取直接熔焊方式进行有效连接。铝-钢复合过渡接头解决了传统铆接和螺栓连接的强度不高、密封性差等问题，实现了复合过渡接头复层与基层分别与同种材料进行常规焊接方法焊接，保证了焊接质量，使得舰船自身重量大大减轻，对提升舰船自身的运载能力，降低船体重心，增加舰船在航行过程中的稳定性，提高航行速度等有重大的作用，可以有效避免钢质舰船体结构和铝合金结构的接触式焊接，能够满足结构连续性、密闭性和一定的强度要求。

目前，舰船用过渡接头大多采用爆炸复合法制得，逐渐形成了指导过渡接头应用、检测的标准规范，在过渡接头的实舰船应用中取得了一定的成果。但是爆炸复合的界面是薄弱环节，在界面形成的漩涡是影响复合过渡接头疲劳性能的关键因素，漩涡边缘产生的空洞也会成为过渡接头的裂纹源，而且最重要的是爆炸复合时会出现金属间化合物，金属间化合物的形成几乎完全决定了铝/钢复合材料的性能，过多的金属间化合物会降低复合材料的力学性能，成为过渡接头界面开裂的主要原因，因此在爆炸复合铝/钢复合材料时如何抑制金属间化合物的产生一直是个难点问题。

搅拌摩擦加工搅拌摩擦加工是从搅拌摩擦焊演变而来的一种低热输入的加工方法，其基本原理是通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化，进而提高材料性能。搅拌摩擦加工因其低热输入特点，减少了搅拌区的热量产生，能够有效控制铝/钢金属间化合物的生长，且搅拌针强烈的搅拌作用以及钢与铝之间的机械互锁使铝/钢实现冶金结合和机械结合的双重连接作用，制得质量较好的复合材料。针对搅拌摩擦加工在铝/钢连接方面的独特优势，利用搅拌摩擦加工制备铝/钢复合材料成为该领域的热点问题。然而，利用常规的搅拌摩擦加工制备铝/钢复合材料仍然存在一些问题，比如由于钢的强度、硬度较高，需要把搅拌针扎入钢中，一方面是搅拌针的磨损比较大，而且还必须使用钨铼合金等强度、硬度更大的搅拌头，价钱昂贵，成本高。另一方面是利用搅拌摩擦加工也会使铝/钢界面产生金属间化合物，较爆炸复合产生的较少，但是其厚度难以控制。

近年来，由于对舰船用铝/钢复合过渡接头的迫切需求，亟需一种能够抑制金属间化合物的产生以及减少搅拌头的磨损等新型、高效的方法制备出界面结合强度更高的过渡接头。

发明内容

本发明的目的在于改善传统技术的不足，解决常规技术制备舰船用铝/钢复合过渡接头开裂的缺陷以及改进多程搅拌摩擦加工技术制备舰船用铝/钢复合过渡接头存在的搅拌头磨损等问题，提出一种舰船用铝/钢复合过渡接头及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：