權(quán)利要求
1.多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：包括以下步驟：
步驟1，坯料加工：選取金屬基板與金屬?gòu)?fù)板，清理金屬基板與金屬?gòu)?fù)板表面；
步驟2，復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量，設(shè)計(jì)軋輥的轉(zhuǎn)速，調(diào)整夾具的角度；
步驟3，雙層層狀復(fù)合板軋制：將清理完成的金屬基板與金屬?gòu)?fù)板分別放入夾具夾緊，然后利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引導(dǎo)電流匯聚到連接界面，產(chǎn)生電弧放電，通過(guò)陰極霧化作用使得材料表面氧化膜破碎，同時(shí)調(diào)節(jié)低頻電流的波形和幅值，實(shí)現(xiàn)電流短路爆炸，轟擊波清理去除氧化膜，完成多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到雙金屬層狀復(fù)合板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟3中復(fù)合電流為300~400 A。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟3中低頻電流的頻段為1~10 kHz；低頻電流的通電時(shí)間為1~15 s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟3中高頻電流的頻段為10 kHz~80 kHz；高頻電流的通電時(shí)間為30~90s。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：步驟3中占空比為1~100%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟2中壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%~40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟2中軋輥的轉(zhuǎn)速為5~10 r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述步驟2中夾具的角度為0~20°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8任意一項(xiàng)所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法制得的雙層層狀復(fù)合板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~8任意一項(xiàng)所述的多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法的裝置，其特征在于：所述裝置為輥軋機(jī)，具體包括軋機(jī)、夾具、復(fù)合電源以及相應(yīng)連接部件；軋機(jī)的上軋輥和下軋輥為陶瓷材料，且輥軸均連接至同一變頻器；在上軋輥和下軋輥上接有夾具，夾具上側(cè)為負(fù)極，下側(cè)為正極。
說(shuō)明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬?gòu)?fù)合板加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)
[0002]隨著科技發(fā)展和重大裝備需求，單一材料已經(jīng)很難滿足工程應(yīng)用要求，尤其是考慮到輕質(zhì)、高強(qiáng)和極端材料的應(yīng)用，與它們強(qiáng)韌性、耐蝕性、抗氧化性或功能性等使役方面的要求，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。雙層復(fù)合板材就是綜合多種單一金屬的優(yōu)點(diǎn)，成為在航空航天、交通運(yùn)輸、電子信息等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的材料之一。
[0003]目前，存在直接連續(xù)軋制或波紋軋制等方法，可制備如不銹鋼/碳鋼、鈦/碳鋼、鋁/鎂合金等層狀復(fù)合板，但是不管是冷態(tài)還是熱態(tài)軋制，其表面氧化膜均得不到有效清除，同時(shí)平直界面形貌也形不成有效連接界面，生產(chǎn)效率低下。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法。
[0005]該方法利用高頻電流引導(dǎo)，同時(shí)利用低頻復(fù)合電流進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)連接界面形貌進(jìn)行有利的調(diào)控，能夠有效去除所制備復(fù)合材料連接界面的氧化物，形成潔凈界面波形控制的固相連接界面，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，獲得高品質(zhì)層狀復(fù)合板材。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
步驟1，坯料加工：選取金屬基板與金屬?gòu)?fù)板，清理金屬基板與金屬?gòu)?fù)板表面；
步驟2，復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量，設(shè)計(jì)軋輥的轉(zhuǎn)速，調(diào)整夾具的角度；
步驟3，雙層層狀復(fù)合板軋制：將清理完成的金屬基板與金屬?gòu)?fù)板分別放入夾具夾緊，然后利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引導(dǎo)電流匯聚到連接界面，產(chǎn)生電弧放電，通過(guò)陰極霧化作用使得材料表面氧化膜破碎，同時(shí)調(diào)節(jié)低頻電流的波形和幅值，實(shí)現(xiàn)電流短路爆炸，轟擊波清理去除氧化膜，同時(shí)低頻復(fù)合電流可以協(xié)調(diào)塑性流變大小和方向，對(duì)連接界面形貌進(jìn)行有利的調(diào)控，完成多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到雙金屬層狀復(fù)合板。
[0007]進(jìn)一步，所述步驟3中電流為300~400 A。電流大小控制對(duì)金屬加熱軟化的強(qiáng)弱作用，電流過(guò)大會(huì)使材料斷裂，而電流小于300 A時(shí)無(wú)法起到引導(dǎo)效果。熱量聚焦于V形會(huì)合區(qū)附近，有利于連接部位的充分塑性變形和高質(zhì)量塑性連接；
進(jìn)一步，所述步驟3中高頻電流的頻段為10 kHz~80 kHz，通電時(shí)間為30 s ~90 s。通過(guò)調(diào)整高頻電流的頻段，使之產(chǎn)生電弧放電，使材料表面氧化膜破碎。
[0008]進(jìn)一步，所述步驟3中低頻電流的頻段為1~10 kHz，通電時(shí)間為1 s ~15 s。調(diào)節(jié)低頻電流的波形和幅值，協(xié)調(diào)塑性流變大小和方向，實(shí)現(xiàn)電流短路爆炸，轟擊波清理去除氧化膜。異質(zhì)材料連接表面氧化膜可以快速瞬時(shí)清理；
進(jìn)一步，步驟3中占空比為0~100%。
[0009]進(jìn)一步，所述步驟2中壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%~40%。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟2中軋輥的轉(zhuǎn)速為5~10 r/min。軋輥轉(zhuǎn)速的調(diào)控會(huì)使不同材料在通電后的效果更加均勻；
進(jìn)一步，所述步驟2中夾具的角度為0°~20°。調(diào)整夾具的角度可以方便不同材料進(jìn)出軋輥，角度過(guò)大會(huì)使材料表面不均勻。
[0011]一種根據(jù)上述多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法制得的雙層層狀復(fù)合板。
[0012]一種根據(jù)上述多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法的裝置，所述裝置為輥軋機(jī)，具體包括軋機(jī)、夾具、復(fù)合電源以及相應(yīng)連接部件；軋機(jī)的上軋輥和下軋輥為陶瓷材料，避免電流分流，且輥軸均連接至同一變頻器，從而保證在軋制過(guò)程中上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速相同；在上軋輥和下軋輥上接有夾具，夾具上側(cè)為負(fù)極，下側(cè)為正極。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，引導(dǎo)電流匯聚到連接界面，產(chǎn)生電弧放電，其陰極霧化作用使得材料表面氧化膜破碎；調(diào)節(jié)低頻復(fù)合電流波形和幅值，可以實(shí)現(xiàn)電流短路爆炸，轟擊波將氧化膜清理去除，微爆炸轟擊力可以驅(qū)除掉液態(tài)金屬，使塑性區(qū)域接合，避免脆硬相的金屬間化合物生成；
同時(shí)低頻復(fù)合電流可以協(xié)調(diào)塑性流變大小和方向，對(duì)連接界面形貌進(jìn)行有利的調(diào)控。這樣的雙層材料有效接合可以形成潔凈界面波形控制的固相連接界面，抑制復(fù)合板材的邊裂情況，使變形抗力下降，使復(fù)合材料組織細(xì)化，獲得高品質(zhì)層狀復(fù)合板材。可以實(shí)現(xiàn)層狀復(fù)合板材的“一步法”和“一體化”的連續(xù)加工制造，效率高且精度可控。
附圖說(shuō)明
[0014]圖1多頻復(fù)合電流下調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的過(guò)程示意圖；
圖2為本發(fā)明的多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法流程圖；
圖3為本發(fā)明的多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的裝置，
圖中，1-陶瓷軋輥，2-夾具，3-導(dǎo)線，4-多頻段復(fù)合電源；
圖4（a）為不加多頻段復(fù)合電流的界面形貌，圖4（b）為加多頻段復(fù)合電流的界面形貌；
圖5為鎂/鈦連接界面SEM 和EDS 結(jié)果示意圖；
圖6為不銹鋼/鎂合金連接界面SEM結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1
如圖3所示，一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的裝置，包括軋機(jī)、夾具、復(fù)合電源以及相應(yīng)連接裝置。軋機(jī)的上軋輥和下軋輥為陶瓷材料，避免電流分流，且輥軸均連接至同一變頻器，從而保證在軋制過(guò)程中上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速相同；在所述上軋輥和下軋輥上接有夾具，夾具上側(cè)為負(fù)極，下側(cè)為正極。
[0017]一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，如圖2所示，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取AZ31BMg為金屬基板，6061Al為金屬?gòu)?fù)板，將AZ31BMg與6061Al切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0018]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的40%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為7 r/min，調(diào)整夾具的角度為13°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)設(shè)置為300 A，低頻為5 kHz，高頻為40 kHz，占空比為60%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0019]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的AZ31BMg與6061Al分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為60 s，低頻電流通電時(shí)間為10 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板。
[0020]圖4中（a）為Mg/Al復(fù)合板不加多頻段電流的界面，圖4中（b）為Mg/Al復(fù)合板加多頻段電流的界面?？梢娖潆p層材料有效地進(jìn)行了接合，形成了潔凈的固相連接界面。
[0021]實(shí)施例2
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取Fe板為金屬基板，6061Al為金屬?gòu)?fù)板，將Fe板與6061Al切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0022]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為5 r/min，調(diào)整夾具的角度為1°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)設(shè)置為310 A ，低頻為1 kHz，高頻為10 kHz，占空比為80%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0023]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的Fe板與6061Al分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為80 s，低頻電流通電時(shí)間為10 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板。結(jié)果見下表：
表1
位置Fe板側(cè)界面6061Al側(cè)平均硬度（Gpa）3.4577.0381.03
實(shí)施例3
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取Cu板為金屬基板，6061Al為金屬?gòu)?fù)板，將Cu板與6061Al切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0024]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為5 r/min，調(diào)整夾具的角度為5°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)設(shè)置為355 A ，低頻為3 kHz，高頻為20 kHz，占空比為95%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0025]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的Cu板與6061Al分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為40 s，低頻電流通電時(shí)間為5 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板。
[0026]實(shí)施例4
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取TC4鈦合金為金屬基板，AZ31Mg為金屬?gòu)?fù)板，將TC4鈦合金與AZ31Mg切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0027]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為5 r/min，調(diào)整夾具的角度為16°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)設(shè)置為385 A ，低頻為8 kHz，高頻為30 kHz，占空比為65%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0028]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的TC4鈦合金與AZ31Mg分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為80 s，低頻電流通電時(shí)間為12 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板，如圖5所示。
[0029]實(shí)施例5
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取304不銹鋼為金屬基板，AZ31Mg為金屬?gòu)?fù)板，將304不銹鋼與AZ31Mg切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0030]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為5 r/min，調(diào)整夾具的角度為5°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)為355 A ，低頻為10 kHz，高頻為75 kHz，占空比為35%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0031]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的Q235碳鋼與6061Al分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為60 s，低頻電流通電時(shí)間為8 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板，如圖6所示。
[0032]實(shí)施例6
一種多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
1）坯料加工：選取TC4鈦合金為金屬基板，Q235碳鋼為金屬?gòu)?fù)板，將TC4鈦合金與Q235碳鋼切成尺寸為300 mm×50 mm×2 mm的長(zhǎng)方體板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污漬，再用酒精徹底清洗板材表面。
[0033]2）復(fù)合板軋制前的準(zhǔn)備：根據(jù)復(fù)合板的初試尺寸設(shè)計(jì)壓下量為金屬基板與金屬?gòu)?fù)板初始厚度的20%，設(shè)計(jì)上軋輥和下軋輥的轉(zhuǎn)速為10 r/min，調(diào)整夾具的角度為20°，設(shè)定復(fù)合電流的參數(shù)設(shè)置為330 A ，低頻為4 kHz，高頻為60 kHz，占空比為30%，為軋機(jī)的夾具通入復(fù)合電流。
[0034]3）：雙層復(fù)合板軋制：將清理完成的TC4鈦合金與Q235碳鋼分別放入夾具，啟動(dòng)軋機(jī)開關(guān)和復(fù)合電流開關(guān)，高頻電流通電時(shí)間為90 s，低頻電流通電時(shí)間為15 s。復(fù)合板隨軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行多頻段復(fù)合電流激勵(lì)調(diào)控，得到所需的雙層層狀復(fù)合板。
[0035]本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
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“多頻復(fù)合電流調(diào)控雙金屬層狀復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)的方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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來(lái)源：太原理工大學(xué)
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