一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)根据上、下电极板的形状和尺寸，准备待连接的镁合金板和铝合金板；2)用砂纸打磨铝、镁合金板的待连接表面，去除表面氧化膜；3)将打磨后的镁合金板和铝合金板放置在高频脉冲连接设备的真空炉内，在真空环境、在线加热和施加压力载荷的条件下进行连接，即制得铝/镁合金复合材料；4)将铝/镁合金复合材料用丙酮清洗、清洁，使表面洁净。在真空环境内结合高频脉冲电场和加压控制系统，实现加热快、真空环境连接，可有效避免铝、镁合金材料待连接表面氧化，有益于铝/镁合金复合材料连接界面的结合，且具有加热速度快、效率高的特点。

A Fabrication Method of High Frequency Pulse Bonding Al/Mg Alloy Composites

The invention discloses a preparation method of high frequency pulse bonded Al/Mg alloy composite material, which comprises the following steps: 1) preparing magnesium alloy plate and aluminum alloy plate to be bonded according to the shape and size of upper and lower electrode plates; 2) grinding the surface of aluminum and magnesium alloy plate to be bonded with sandpaper to remove the oxide film on the surface; 3) placing the grinded magnesium alloy plate and aluminum alloy plate in high frequency pulse bonding. Aluminum/magnesium alloy composites are made in vacuum furnace under vacuum environment, on-line heating and pressure loading. 4) Aluminum/magnesium alloy composites are cleaned and cleaned with acetone to make the surface clean. In vacuum environment, high frequency pulsed electric field and pressure control system are combined to realize fast heating and vacuum environment connection, which can effectively avoid the oxidation of aluminum and magnesium alloy materials to be joined. It is beneficial to the joint interface of aluminum/magnesium alloy composite materials, and has the characteristics of fast heating speed and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法
本专利技术属于有色金属板型材料加工与制造的
，具体涉及一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法。
技术介绍
随着航空航天、汽车制造等领域对轻量化需求的不断增大，轻质高强的镁、铝材料其优势逐渐凸显；考虑到镁及镁合金材料由于耐腐蚀性能差的制约因素，制备铝/镁合金复合材料既可以不损失镁材料的轻质高强优势，同时覆铝层可大大改善镁材料耐腐蚀性能差的不足。目前，主要用于铝/镁合金异质金属材料连接的方法有扩散焊、轧制复合等；其中，扩散焊主要是在一定压力下，通过长时间的加热和保温实现铝/镁复合材料的制备；轧制复合一般需要前期加热炉加热至一定温度，随后在轧机上通过加装一定下压量实现复合材料制备，考虑到镁合金材料属于密排六方晶体结构，室温塑性差，铝/镁合金异质金属轧制连接时需要先在加热炉中将铝、镁金属板预加热至400℃以上，随后再进行轧制复合；该工艺存在以下不足：第一，对于需要热轧的异质复合材料连接时，加热与轧制过程分两步进行，大大降低了加工效率；第二，铝、镁合金材料在加热和轧制过程中，待连接表面暴露在空气中极易形成氧化物进而影响复合材料界面的连接；第三，通过轧制工艺制备的铝/镁合金复合材料，连接界面为机械结合，其结合强度低；因此，本专利技术提出一种高频脉冲电流在线加热与压力作用相结合，在真空炉内进行铝/镁合金复合材料的制备，本专利技术为异质金属复合材料连接提供一种高效率的、切实可行的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法。本专利技术以镁合金、铝合金板为原材料，在真空炉内利用高频脉冲电流在线加热与压力相结合的技术保证铝/镁异质界面的冶金结合，进而实现铝/镁合金复合材料的制备。为实现上述目的，本专利技术所设计的一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)准备制备复合材料的原材料根据上下电极板的形状和尺寸，准备待连接的镁合金板和铝合金板；2)打磨镁合金和铝合金的待连接表面用砂纸打磨铝、镁合金板的待连接表面，去除表面氧化膜；3)铝/镁合金复合材料的高频脉冲连接将步骤2)中打磨后的镁合金板和铝合金板放置在高频脉冲连接设备的真空炉内，在真空环境、在线加热和施加压力载荷的条件下进行连接，即制得铝/镁合金复合材料；4)清理、清洁将步骤3)中制得的铝/镁合金复合材料用丙酮清洗、清洁，使表面洁净。作为优选方案，所述步骤1)中镁合金板的尺寸为φ30mm×4mm，铝合金板的尺寸为φ30mm×1.5mm。作为优选方案，所述步骤2)中铝、镁合金板待连接表面的粗糙度为Ra1.25～5μm。作为优选方案，所述步骤3)中炉内压强≤5Pa；在5min中内将炉内温度加热到420℃±5℃，施加压力为25kN。作为优选方案，所述步骤3)中高频脉冲连接设备包括真空炉、控制系统、冷却水箱和与所述控制系统连接的高频脉冲电源；所述真空炉外壁设置有外水循环冷却管，所述外水循环冷却管的底部通过冷却水管与所述冷却水箱连接，所述冷却水箱通过导线与所述控制系统连接；所述真空炉的炉腔内设置有上电极板和下电极板，所述上电极板和下电极板之间分别设置有上石墨垫板和下石墨垫板，所述上电极板的上部与压力电机相连，所述压力电机通过导线与所述控制系统连接；所述真空炉的下部通过真空管与真空泵连接，所述真空泵通过导线与所述控制系统连接；所述控制系统上设置有显示所述真空炉内的温度、真空度和加载压力值的显示器，还设置有设备运行的指示灯、电源开关按钮、压力电机控制器开关按钮，真空泵控制器开关按钮，冷却水泵控制器开关按钮和高频脉冲电源开关按钮；所述高频脉冲电源上设置有显示电流、电压值的显示屏，还设置有电流调节旋钮，电压调节旋钮，频率调节旋钮和占空比调节旋钮；所述下石墨垫板上设置有热电偶插孔。作为优选方案，所述真空炉为立式真空炉。本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术是针对易氧化的铝、镁合金材料连接过程中表面易氧化，以及复合材料制备过程中加热、加压过程分离或者扩散连接时间长导致效率低的不足，提出采用高频脉冲连接设备，在真空环境内结合高频脉冲电场和加压控制系统，实现加热快、真空环境连接，可有效避免铝、镁合金材料待连接表面氧化，有益于铝/镁合金复合材料连接界面的结合，且具有加热速度快、效率高的特点；第二，所述的高频脉冲连接设备制备复合材料，是为了充分利用高频脉冲电流作用的电阻加热效应和在复合材料待连接表面的集肤效应、临近效应，对待连接的复合材料加热至一定温度区间，施加压力载荷，实现铝/镁复合材料的制备；第三，本专利技术方法工艺先进，制备效率高，铝/镁复合材料连接界面结合紧密，连接界面达到了冶金结合，且结合率达100％，复合材料的界面微观上呈现波浪状的连接界面。附图说明图1为制备本专利技术复合材料采用的高频脉冲连接设备示意图；图2为本专利技术复合材料的宏观形貌图；图3为本专利技术复合材料连接界面的金相显微镜图。图中：1-真空炉，2-炉腔，3-下电极板，4-下石墨垫板，5-镁合金块体，6-铝合金块体，7-上石墨垫板，8-上电极板，9-压力电机，10-导线，11-外水循环冷却管，12-热电偶插孔，13-控制柜，14-显示器，15-指示灯，16-电源开关按钮，17-压力电机控制器开关按钮，18-真空泵控制器开关按钮，19-冷却水泵控制器开关按钮，20-高频脉冲电源开关按钮，21-冷却水管，22-冷却水箱，23-高频脉冲电源，24-显示屏，25-电流调节旋钮，26-电压调节旋钮，27-频率调节旋钮，28-占空比调节旋钮，29-真空泵，30-真空管。具体实施例下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)根据上、下电极板的形状和尺寸，准备待连接的镁合金板和铝合金板，其中，镁合金板的尺寸为φ30mm×4mm，铝合金板的尺寸为φ30mm×1.5mm；2)用砂纸打磨铝、镁合金板的待连接表面，去除表面氧化膜，表面的粗糙度为Ra1.25～5μm；3)将步骤2)中打磨后的镁合金板和铝合金板放置在高频脉冲连接设备的真空炉内，在真空环境、在线加热和施加压力载荷的条件下进行连接，即制得铝/镁合金复合材料；具体操作步骤是：①打开真空炉，在下电极板上置放下石墨垫板，下石墨垫板上依次置放镁合金块、铝合金块、上石墨垫板，调节上电极板位置使其压住上石墨垫板，并固定，关闭真空炉；其中，在上、下电极板与铝、镁合金块之间垫石墨垫板的作用是：为了保证高频脉冲电流可以通过电极作用于铝、镁合金块体，同时，避免电场作用下电极与铝、镁合金材料之间的连接；温度检测是通过在下石墨垫板的热电偶插孔12中插入热电偶，对复合材料制备过程中真空炉内的实时加热温度反馈在控制系统的显示器上显示，进而对加热温度进行监测；②依次开启水冷系统、真空泵，进行外水循环冷却和炉内空气，使炉内压强≤5Pa；③调节控制柜上温度设置旋钮，将待连接的铝、镁合金块体制备时的加热温度和时间设置为：温度从室温(25℃)加热至420℃±5℃，时间为5min；④开启高频脉冲电源，依次调整高频脉冲电源设备上的频率调节旋钮、占空比调节旋钮，输出脉冲方波占空比为0.8、频率为10000Hz的高频脉冲电流；⑤开启压力电机，通过上电极对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)准备制备复合材料的原材料根据上下电极板的形状和尺寸，准备待连接的镁合金板和铝合金板；2)打磨镁合金和铝合金的待连接表面用砂纸打磨铝、镁合金板的待连接表面，去除表面氧化膜；3)铝/镁合金复合材料的高频脉冲连接将步骤2)中打磨后的镁合金板和铝合金板放置在高频脉冲连接设备的真空炉内，在真空环境、在线加热和施加压力载荷的条件下进行连接，即制得铝/镁合金复合材料；4)清理、清洁将步骤3)中制得的铝/镁合金复合材料用丙酮清洗、清洁，使表面洁净。

【技术特征摘要】
1.一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)准备制备复合材料的原材料根据上下电极板的形状和尺寸，准备待连接的镁合金板和铝合金板；2)打磨镁合金和铝合金的待连接表面用砂纸打磨铝、镁合金板的待连接表面，去除表面氧化膜；3)铝/镁合金复合材料的高频脉冲连接将步骤2)中打磨后的镁合金板和铝合金板放置在高频脉冲连接设备的真空炉内，在真空环境、在线加热和施加压力载荷的条件下进行连接，即制得铝/镁合金复合材料；4)清理、清洁将步骤3)中制得的铝/镁合金复合材料用丙酮清洗、清洁，使表面洁净。2.根据权利要求1所述一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中镁合金板的尺寸为φ30mm×4mm，铝合金板的尺寸为φ30mm×1.5mm。3.根据权利要求1所述一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中铝、镁合金板待连接表面的粗糙度为Ra1.25～5μm。4.根据权利要求1所述一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中炉内压强≤5Pa；在5min中内将炉内温度加热到420℃±5℃，随后施加压力为25kN。5.根据权利要求1所述一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中高频脉冲连接设备包括真空炉(1)、控制系统(13)、冷却水箱(22)和与所述控制系统(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷婷，闫志峰，王涛，王文先，刘瑞峰，张杰，许美贤，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14