[发明专利]脉冲电场和超声场辅助的金属基复合材料烧结同步连接方法及装置

摘要

本发明为脉冲电场和超声场辅助的金属基复合材料烧结同步连接方法及装置，公开一种含高体积分数增强相的镁（或铜）基复合材料烧结的同时与不锈钢连接的方法。此方法涉及的装置包括：密闭加热炉、脉冲电流加载系统、超声波载荷施加系统、压力和升降系统以及密封绝缘管等辅助装置。采用本发明的显著优势在于，金属基复合材料的烧结和异材连接同时进行；脉冲电流流经实验材料，引发界面电阻热、等离子放电热，烧结和连接界面升温及冷却速度快，降低外界辐射热，减少接头残余应力；利用脉冲电场‑超声场‑压力场的耦合作用，破除增强相表面氧化膜，实现大气条件下烧结，降低原子扩散激活能，促进界面冶金反应，控制颗粒形貌及尺度，细化界面晶粒，提高接头质量稳定性，有利于制备高综合性能的金属基复合材料/合金连接件。

主权项

1.一种脉冲电场和超声场辅助的金属基复合材料烧结同步连接装置，其特征在于：包括用于对实验材料（3）提供辅助热源的加热系统，用于对实验材料（3）施加脉冲电流的电场发生及传导装置，用于对实验材料（3）施加超声振动的超声波发生及传导系统；实验材料（3）由具有搭接结构或对接结构的母材Ⅰ（29）和母材Ⅱ（31）以及位于搭接面或对接面之间的中间层合金箔（30）组成；提供辅助热源的加热系统包括用于对实验材料（3）提供扩散焊预热和辅助热源的加热炉（14），所述加热炉（14）内安装热电偶（8），所述加热炉（14）外安装与热电偶（8）连接的用于控制和检测实验材料（3）的周围环境温度的温控装置（9）；施加脉冲电流的电场发生及传导装置包括位于加热炉（14）外的脉冲电场发生器（1），所述脉冲电场发生器（1）的正直流脉冲高压输出端和接地端分别通过电极引线（18）连接位于加热炉（14）内的上电极板（5）和下电极板（4），所述实验材料（3）位于下电极板（4）上，所述电极引线（18）外套有绝缘套管（2）；所述下电极板（4）连接有下绝缘压杆（7），所述下绝缘压杆（7）穿出加热炉（14）后连接下压块（16）；所述上电极板（5）连接上绝缘压杆（6），所述上绝缘压杆（6）穿出加热炉（14）后连接上压块（15）；所述下压块（16）由滚珠丝杠升降装置（17）驱动，所述上压块（17）对实验材料（3）施加的轴向压力由液压装置提供；施加超声振动的超声波发生及传导系统包括超声波发生装置和超声波传递装置，超声波发生装置由超声波发生电源（10）和压电陶瓷换能器（11）组成；超声波传递装置包括与压电陶瓷换能器（11）连接的变幅杆（21），所述变幅杆（21）连接超声传递杆（12），所述超声传递杆（12）端部安装超声头（19），所述超声头（19）头部朝下并压紧实验材料（3），其压下力由悬挂于超声传递杆（12）上配重块（22）提供，所述超声传递杆（12）与加热炉（14）腔体间采用绝缘陶瓷密封圈（20）隔开。