本發(fā)明屬于材料，具體涉及一種提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法。

背景技術(shù)：

1、金屬構(gòu)件在航空、航天、風(fēng)電、核電、工程機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是重大裝備的核心部件，在國家安全和國民經(jīng)濟(jì)工程應(yīng)用中不可或缺。目前，這類大型金屬構(gòu)件常采用百噸級鑄錠制備，由于金屬凝固過程的尺寸效應(yīng)，大鑄錠內(nèi)部常存在宏觀偏析、縮孔疏松等缺陷，嚴(yán)重影響構(gòu)件質(zhì)量，已成為世界性難題。

2、金屬構(gòu)筑成形是一種通過多個(gè)優(yōu)質(zhì)小鑄錠真空構(gòu)筑封焊然后進(jìn)行高溫大變形獲得均質(zhì)大鍛件的新工藝，以多塊小尺寸均質(zhì)化板坯作為基元，通過表面活化、真空封裝、高溫形變等手段，使構(gòu)筑界面與基體在組織和性能上完全一致，進(jìn)而獲得大鍛件所需均質(zhì)化母材，實(shí)現(xiàn)“以小制大”的新型制造方法。大鍛件構(gòu)筑成形的主要技術(shù)問題是如何保證界面無痕連接，主要科學(xué)問題是界面的變形連接問題，目前針對大鍛件構(gòu)筑成形主要采用高溫形變(cn?105618506b，2019；cn?113695502?b，2023)和電沖擊輔助高溫形變(cn?113579451a，2021；cn?113579452?a，2021)的方法促進(jìn)構(gòu)筑界面愈合(cn?106653629?a)、達(dá)到界面連接的目的，從而保證構(gòu)筑成形金屬鍛件力學(xué)性能。

3、然而，上述促進(jìn)金屬大鍛件構(gòu)筑界面連接技術(shù)方法均需采用高溫大變形，即目前金屬構(gòu)筑成形技術(shù)是通過自由鍛過程中的反復(fù)大變形來實(shí)現(xiàn)固態(tài)連接的，構(gòu)筑成形過程的固態(tài)連接條件是高溫、高真空、大塑性變形條件，這嚴(yán)重限制了構(gòu)筑成形技術(shù)的工程應(yīng)用范圍。

4、如何使大型金屬構(gòu)件構(gòu)筑界面在較低溫度、小變形甚至是不發(fā)生塑性變形的條件下發(fā)生愈合和連接，同時(shí)保證構(gòu)筑成形金屬構(gòu)件的力學(xué)性能，成為亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，通過將電磁脈沖能量靶向作用于金屬構(gòu)筑界面，促使金屬構(gòu)筑界面發(fā)生預(yù)熔，促進(jìn)界面遷移、橋接和愈合，改善金屬構(gòu)筑界面的連接狀態(tài)，提升構(gòu)筑成形金屬構(gòu)件的力學(xué)性能。

2、為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

3、提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，包括以下步驟：

4、s1)將金屬基元的構(gòu)筑界面打磨拋光；

5、s2)將金屬基元組合后沿構(gòu)筑界面的外輪廓進(jìn)行真空封焊，得到封焊金屬坯料；

6、s3)對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理直至金屬構(gòu)筑界面完全愈合。

7、按上述方案，步驟s1所述金屬基元具有至少一個(gè)平面構(gòu)筑界面。

8、按上述方案，步驟s2所述真空封焊采用真空電子束焊或真空激光焊，焊縫熔深控制在封焊金屬坯料最小厚度的5～10％。

9、按上述方案，步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)控制電極單次移動距離小于所采用尖電極圓形橫截面的半徑。

10、按上述方案，步驟s3電磁沖擊處理過程中，控制金屬坯料表面最高溫度tmax≤ktm，tm表示所處理金屬基元的熔點(diǎn)，k的取值范圍為0.05～0.25。

11、按上述方案，步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)，電極連接和移動方式包括以下步驟：

12、在真空封焊面對向連接電極，然后沿真空封焊面的外輪廓反向移動，直至電極的連接線覆蓋整個(gè)真空封焊面。

13、按上述方案，步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)，針對真空封焊面為長方形的情形，電極連接和移動方式包括以下步驟：

14、(1)先在長方形真空封焊面的相鄰兩個(gè)角連接電極，然后沿真空封焊面的外輪廓平行移動，直至電極的連接線覆蓋整個(gè)真空封焊面；

15、(2)然后在長方形真空封焊面的對向兩個(gè)角連接電極，沿真空封焊面的外輪廓反向移動，直至電極的連接線覆蓋整個(gè)真空封焊面。

16、按上述方案，步驟s3電磁沖擊處理過程中，控制脈沖電流峰值電流密度范圍為50～300a/mm2，脈沖電流頻率范圍為20～300hz，脈沖占空比為10～40％。

17、按上述方案，步驟s3電磁沖擊處理過程中包括高功率模式：

18、脈沖電流峰值電流密度范圍為50～300a/mm2，脈沖電流頻率范圍為50～300hz，脈沖占空比為10～25％，k取值范圍為0.10～0.25。

19、按上述方案，步驟s3電磁沖擊處理過程中包括低功率模式：

20、脈沖電流峰值電流密度范圍為50～200a/mm2，脈沖電流頻率范圍為20～200hz，脈沖占空比為25～40％，k取值范圍為0.05～0.15。

21、按上述方案，步驟s3電磁沖擊處理采用高、低功率模式重復(fù)切換，達(dá)到構(gòu)筑界面更好的愈合效果。

22、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果如下：

23、本發(fā)明將電磁脈沖能量以脈沖電流的方式靶向引入構(gòu)筑金屬界面封焊區(qū)域，即針對構(gòu)筑金屬界面封焊區(qū)域進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)，一方面，間歇式的電磁脈沖產(chǎn)生的電磁振蕩(或振蕩的電磁場)會對界面表層原子產(chǎn)生循環(huán)動應(yīng)力(或電磁力)，同時(shí)，脈沖電流在合金內(nèi)部流通時(shí)會產(chǎn)生焦耳熱。在合理控制焦耳熱的條件下，界面原子經(jīng)過一定程度的熱激活，在電磁振動引起的循環(huán)壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用，耦合熱激活和循環(huán)壓應(yīng)力、剪應(yīng)力作用，易引起界面原子振動失穩(wěn)或剪切失穩(wěn)，導(dǎo)致金屬界面開始發(fā)生預(yù)熔，從而促使金屬界面發(fā)生從納米尺度到微米尺度的熔化，使構(gòu)筑金屬界面發(fā)生局部熔化，有利于構(gòu)筑金屬界面的連接；另一方面，將電磁脈沖能量通過電極靶向作用于構(gòu)筑界面區(qū)域，在磁壓縮效應(yīng)的作用下有利于構(gòu)筑金屬界面的連接，從而在沒有大塑性變形、沒有顯著溫升條件下實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑界面連接的目的。

24、本發(fā)明通過將電磁脈沖能量靶向作用于金屬構(gòu)筑界面，在無大塑性變形、無顯著溫升的前提下，通過耦合脈沖電流引起的焦耳熱效應(yīng)和脈沖電磁場引起的電磁振動效應(yīng)，引起構(gòu)筑界面表層原子發(fā)生振動失穩(wěn)或剪切失穩(wěn)，即界面發(fā)生預(yù)熔甚至局部熔化，在磁壓縮效應(yīng)的輔助作用下，實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)筑界面的愈合或連接，達(dá)到提高金屬構(gòu)筑界面愈合性能的目的。

技術(shù)特征：

1.提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s1所述金屬基元具有至少一個(gè)平面構(gòu)筑界面。

3.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s2所述真空封焊采用真空電子束焊或真空激光焊，焊縫熔深控制在封焊金屬坯料最小厚度的5～10％。

4.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)控制電極單次移動距離小于所采用尖電極圓形橫截面的半徑。

5.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s3電磁沖擊處理過程中，控制金屬坯料表面最高溫度tmax≤ktm，tm表示所處理金屬基元的熔點(diǎn)，k的取值范圍為0.05～0.25。

6.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)，電極連接和移動方式包括以下步驟：

7.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s3電磁沖擊處理過程中，控制脈沖電流峰值電流密度范圍為50～300a/mm2，脈沖電流頻率范圍為20～300hz，脈沖占空比為10～40％。

8.如權(quán)利要求1所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于步驟s3中對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理時(shí)，針對真空封焊面為長方形的情形，電極連接和移動方式包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于所述高功率模式：

10.如權(quán)利要求8所述提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，其特征在于所述低功率模式：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提升金屬構(gòu)筑界面愈合性能的方法，將金屬基元的構(gòu)筑界面打磨拋光；將金屬基元組合后沿構(gòu)筑界面的外輪廓進(jìn)行真空封焊，得到封焊金屬坯料；對真空封焊面進(jìn)行電磁沖擊處理直至金屬構(gòu)筑界面完全愈合；本發(fā)明通過將電磁脈沖能量靶向作用于金屬構(gòu)筑界面，在無大塑性變形、無顯著溫升的前提下，通過耦合脈沖電流引起的焦耳熱效應(yīng)和脈沖電磁場引起的電磁振動效應(yīng)，引起構(gòu)筑界面表層原子發(fā)生振動失穩(wěn)或剪切失穩(wěn)，即界面發(fā)生預(yù)熔甚至局部熔化，在磁壓縮效應(yīng)的輔助作用下，實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)筑界面的愈合或連接，達(dá)到提高金屬構(gòu)筑界面愈合性能的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：孫倩,梁所輝,華林,向奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10