[发明专利]一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法

说明书

一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，属于金属塑性加工技术领域，本发明为了解决现有技术中的铝合金超塑成形扩散连接工艺需要对铝合金板材经两次热循环加工后，大大降低了材料的机械性能，而且试件制备周期较长，经济效益不高的问题，本发明的核心方法为采用特定阻焊剂涂覆在铝合金板材超塑成形区域，该阻焊剂受热气化，在超塑胀形过程提供气压动力；超塑成形的同时，扩散连接区域的铝合金板材表面原子相互扩散，得到性能良好的扩散接头。本发明在一个热循环内制备了尺寸精准、高比强度的铝合金复杂中空构件，大大缩短制备工序与时间，提高了结构件的完整性。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，具体涉及一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法。

背景技术

铝合金具有密度低、比强度和比刚度高、良好的耐热性以及优越的超塑成形性等优点，已经在飞机的蒙皮、隔板和航天器的低温贮箱等构件中广泛应用。超塑成形/扩散连接组合工艺，主要用于两层或多层板材成形，能够获得复杂曲面空心结构件。

目前铝合金通过超塑成形扩散连接工艺制备复杂曲面中空结构件通常是在真空设备中分步进行，先在一个热循环内进行扩散连接工序，然后在第二个热循环内进行试件超塑成形加工，铝合金板材经两次热循环加工后，大大降低了材料的机械性能，而且试件制备周期较长，经济效益不高。

鉴于上述铝合金超塑成形扩散连接现状，本发明提出了一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，在一个热循环内实现铝合金板料同步超塑成形/扩散连接成形，经济高效地制备尺寸精度高、表面质量好的铝合金复杂型面中空双层结构件。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的铝合金超塑成形扩散连接工艺需要对铝合金板材经两次热循环加工后，大大降低了材料的机械性能，而且试件制备周期较长，经济效益不高的问题，进而提供一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法；

一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一：模具制作：根据目标试件的外观形状及尺寸要求，设计上下模尺寸；

步骤二：坯料加工：按照试件尺寸要求，切割铝合金板材，进行除油污处理；

步骤三：在清洗后的坯料的超塑胀形区内涂覆阻焊剂：在手套箱中去除坯料氧化皮，在坯料超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂，阻焊剂由钛白粉、环氧树脂、苯乙烯-本烯腈共聚物组成；

步骤四：对待成形组件进行蜡封：将两片涂覆有阻焊剂的铝合金板材的待成形面相对叠放，并在四周边缘处进行蜡封；

步骤五：将蜡封后的成型组件装模：清理上下模具型腔面并涂覆脱模剂，将待成形组件放入在模具内，然后将模具与待成形组件一同放入真空扩散连接设备中；

步骤六：对成型组件进行超塑成形扩散连接：上模被预先施加压力，压紧待成形铝合金组件，当真空扩散连接设备真空度达到10^-3Pa以下时，温度升至目标温度后保温120min，同步进行铝合金坯料超塑成形扩散连接；

步骤七：成型后的试件出炉：当保温工序结束后，从真空扩散连接设备中取出模具，并对成型后的试件进行脱模；

步骤八：对脱模后的成型试件进行后期处理：精准加工铝合金试件的外形尺寸并进行表面光滑处理，最终得到具有复杂曲面的铝合金中空双层结构件；

进一步地，所述步骤一中的上下模均是使用不锈钢材料制作模具，在上下模分别加工有相互对应的封边槽、测温孔和支撑孔，并在上模上加工有定位孔，下模上与定位孔的对应处焊接定位销；

进一步地，所述步骤二中切割铝合金板材时要根据最终制件尺寸要求补偿5～10mm工艺余量，并使用400目、800目及1500目砂纸依次对切割后的铝合金坯料表面进行机械打磨和抛光处理，随后将打磨抛光处理后的铝合金坯料置于丙酮溶液中进行超声清洗30min，去除铝合金表面油污；