【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接，尤其是一种旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法。
技术介绍
1、随着工业技术和材料科学的进步，人们对金属材料的需求变得越来越多样化。不同种类的金属具有各自独特的物理和化学特性，因此，将它们连接在一起可以实现更灵活多样的设计和应用。然而，冶金上不相容的异种金属，如铝/钢、铝/钛、铝/铜等，在连接过程中存在很大困难。热物理性能的巨大差异及界面脆性金属间化合物的生成使得高差异性异种金属的连接变得非常困难。特别是针对管状、环状及柱状异种金属，焊缝成形及接头的均匀性更加难以保证。
2、现阶段，针对铝/钢、铝/钛、铝/铜等异种金属管的连接方法，主要有固相焊、钎焊、熔-钎焊及铸造法。固相焊如磁力脉冲焊和惯性摩擦焊可实现异种金属管的均匀有效连接，但其工件尺寸和接头形式受限，装卡要求高，工艺复杂且设备较为昂贵。钎焊界面反应时间过长，金属间化合物生长较多，并且往往通过特殊的焊接接头结构设计才能满足使用要求。熔-钎焊虽受工件尺寸及形状限制较小，但要同时保证熔焊和钎焊两部分接头的有效连接，热输入相对较大，金属间化合物的生长不易控制，接头脆性大，特别是针对管状接头，焊接起止点的连接处很难做到与整条焊缝均匀一致。铸造法虽能实现异种金属的有效连接，但是在制备过程中需要随炉冷却，界面反应时间长，金属间化合物较厚，接头性能较差。
3、对于铝/钢、铝/钛、铝/铜等异种金属的增材制造方法，主要有冷金属过渡（cmt）及双丝电弧增材制造，激光沉积增材制造。上述增材制造方法的热输入相对较高，熔池不稳定会影响表面成形，界面
技术实现思路
1、本专利技术为解决冶金上不相容的异种金属的连接难题，特别是针对管状、环状及柱状的异种金属复合结构，提供了一种旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下所示：
3、一种旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，包括以下步骤：
4、（1）对浸镀件及熔融件表面清理并清洗，再将清洗好的浸镀件表面涂上无腐蚀钎剂；
5、（2）设置反应温度与反应时间，将熔融件置于电阻炉的坩埚中加热至熔化并保温，保证炉腔内熔融液体的温度均匀；
6、（3）异种金属旋转热浸连接前，设置旋转时间及旋转速度保证界面冶金反应均匀并减小界面金属间化合物的厚度；
7、（4）异种金属旋转热浸连接，制备出均匀可靠的异种金属连接接头；
8、（5）异种金属旋转热浸连接后，通过提拉实现液态金属在浸镀件表面快速凝固；
9、（6）根据具体复合结构的尺寸要求，将异种金属连接接头进行重复热浸实现增材制造。
10、优选的，步骤（1）中浸镀件为高熔点管状或者柱状金属材料，依次用800#、1000#、1200#、1500#及2000#砂纸对浸镀件表面清理以去除表面的氧化物与杂质，然后用超声装置清洗表面并吹干。
11、熔融件表面用180#砂纸打磨以去除表面氧化物及杂质，然后用丙酮清洗表面并吹干。
12、其中，浸镀件的熔点要高于熔融件的熔点。
13、钎剂为kalf4；所述钎剂用丙酮稀释。
14、钎剂的涂抹过程为：先将钎剂稀释成为较为粘稠的糊状，然后用毛刷迅速地涂抹在浸镀件表面，涂抹完成后检查浸镀件表面是否涂抹均匀。
15、优选的，步骤（2）熔融件为铝合金，设置反应温度650-700℃、反应时间2-20 s。
16、将熔融件置于电阻炉坩埚中加热至熔化的具体方法为：先将电阻炉通入保护气，防止熔融件在加热熔化过程中氧化，然后将熔融件置于电阻炉的坩埚中加热至熔化并保温1h。
17、优选的，步骤（3）设置旋转时间2-10 s，旋转速度500-2000 r/min。
18、优选的，步骤（4）异种金属旋转热浸连接方法为：先将涂有钎剂的浸镀件固定于夹持工具， 然后通过夹持工具将浸镀件浸入到熔融液体中。
19、优选的，步骤（6）增材的具体步骤为：（1）将第一次浸镀完成的异种金属连接接头称量，通过计算得到凝固熔融件的质量，并添加相应质量的熔融件至坩埚，保证坩埚中熔融件液体积一致；（2）再将第一次浸镀完成的异种金属连接接头固定于夹持工具；（3）设置电阻炉温度670-680℃，并保温以达到增材温度；（4）设置反应时间2-6 s，保证增材有效结合；（5）设置旋转速度0 r/min，旋转时间0 s；（6）将异种金属连接接头浸入电阻炉中的熔融件；（7）为获得不同厚度的增材，重复步骤（1）-步骤（6）。
20、优选的，还包括步骤（7）对异种金属连接接头进行力学性能检测，接头处的力学性能达到所需要求。
21、优选的，还包括步骤（8）对异种金属连接接头接缝处用扫描电子电子显微镜观察金属间化合物，生成的金属间化合物厚度要薄而均匀。
22、本专利技术与传统热浸镀技术存在明显不同，传统热浸镀是表面工程技术，镀层为微米级，主要目的是改变基体材料的表面性质，如耐磨性、耐腐蚀性等。本专利技术将传统的热浸镀创新性地发展成为一种先进连接与增材制造技术，通过精准控制热浸过程中固液界面反应时间和反应温度实现连接层及增材层的厘米级生长，使微米级的浸镀层发展成为厘米级的制造层。该方法主要针对异种管状、环状或柱状金属连接及增材，在精准控制的温度窗口下将固态高熔点金属浸入到低熔点液态金属中，利用旋转来保证界面冶金反应均匀，通过旋转产生的界面强制对流来促进界面脆性金属间化合物溶解并显著减小其厚度；将高熔点金属从液态低熔点金属中以一定速度提起从而实现低熔点液态金属在高熔点金属表面的快速凝固，并通过精准控制界面反应温度、反应时间及高熔点金属从液态低熔点金属中的提拉速度来控制凝固金属层的厚度。
23、本专利技术有益效果如下：
24、1.本专利技术主要针对异种管状、环状或柱状金属复合结构的制备，在制备过程中设置合适温度，将固态高熔点金属浸入低熔点液态金属中，通过在一定速度下旋转保证界面反应均匀并减少金属间化合物生成，将金属间化合物的厚度控制在10 μm之内来确保接头性能。
25、2. 通过精准控制界面反应时间及高熔点金属从液态低熔点金属中的提拉速度，同时实现界面均匀冶金结合、界面化合物厚度的有效控制、低熔点液态金属在高熔点金属表面的快速凝固及有效增长。
26、3. 本专利技术提出热浸增材制造方法，通过重复热浸增加制造层厚度，满足不同结构的设计要求。
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1.一种旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，依次用800#、1000#、1200#、1500#及2000#砂纸对浸镀件表面清理以去除表面的氧化物与杂质，然后用超声装置清洗表面并吹干。
3.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，熔融件表面用180#砂纸打磨以去除表面氧化物及杂质，然后用丙酮清洗表面并吹干。
4.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，所述浸镀件的熔点高于熔融件。
5.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，钎剂为KAlF4，钎剂用丙酮稀释，钎剂的涂抹过程为：将钎剂稀释成为较为粘稠的糊状，然后用毛刷迅速地涂抹在浸镀件表面，涂抹完成后检查浸镀件表面是否涂抹均匀。
6. 如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步
7. 如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（3）中设置旋转时间2-10 s，旋转速度500-2000 r/min。
8.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（4）进行旋转热浸连接的具体方法为：先将涂于钎剂的浸镀件固定于夹持工具，然后通过夹持工具将浸镀件浸入到熔融金属液体中。
9.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，还包括步骤（7），对异种金属连接接头做力学性能检测。
10.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，还包括步骤（8），对异种金属连接接头接缝处用扫描电子显微镜观察金属间化合物。
...【技术特征摘要】
1.一种旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，依次用800#、1000#、1200#、1500#及2000#砂纸对浸镀件表面清理以去除表面的氧化物与杂质，然后用超声装置清洗表面并吹干。
3.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，熔融件表面用180#砂纸打磨以去除表面氧化物及杂质，然后用丙酮清洗表面并吹干。
4.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，所述浸镀件的熔点高于熔融件。
5.如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金属复合结构的方法，其特征在于，步骤（1）中，钎剂为kalf4，钎剂用丙酮稀释，钎剂的涂抹过程为：将钎剂稀释成为较为粘稠的糊状，然后用毛刷迅速地涂抹在浸镀件表面，涂抹完成后检查浸镀件表面是否涂抹均匀。
6. 如权利要求1所述的旋转热浸连接及增材制备异种金...
【专利技术属性】
技术研发人员：何欢，刘召贤，赵文祯，王明洁，衣晓洋，赵彦云，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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