机械搅拌强迫半固态合金与SiCp/Al触变连接机理研究

针对铝基复合材料构件在真空条件下焊接难的问题，本研究在半固态金属制备和液相扩散连接的基础上，提出了机械搅拌强迫半固态触变扩散连接新工艺。此工艺可以在非真空环境下进行，依靠半固态金属层产生的搅拌触流变挤压破碎以至去除待焊表面的氧化膜，焊接过程中不施加任何压力，焊接件变形小；焊接过程中液态合金焊料始终保持覆盖在待焊表面，既为焊料与母材的扩散溶解提供了合适的浓度梯度，而且还使得待焊表面不被二次氧化，起到保护作用；通过母材与填充合金适当静态的扩散溶解，利用半固态机械搅拌效应，将复合材料母材中增强颗粒复合于焊缝中，形成近母材的焊缝组织结构。主要研究半固态合金与复合材料作用过程中搅拌触流变去膜机理、元素扩散溶解过程规律和复合焊缝的形成过程规律及其性能，优化焊接工艺过程，为在非真空条件下获得高性能的复合焊缝探索一条新的技术途径。

本项目提出“机械搅拌辅助半固态钎焊技术”，利用半固态钎料的刚柔特性，破碎并去除表面氧化膜，实现了铝基复合材料在敞开环境下的无钎剂钎焊。并在此基础上提出了“机械搅拌辅助焊缝复合化技术”，实现了焊缝与母材在结构和性能方面的一致性。. 在本项目中，重点开展以下研究：（1）氧化膜去除工艺及机理研究。研究半固态搅拌钎焊下，工艺参数（焊接温度、焊接速度、焊接转速等）对的接头界面处基体氧化膜破碎状况的影响规律。研究在搅拌过程中半固态金属对基体表面氧化膜的破碎行为，在此基础上建立氧化膜去除物理模型，揭示搅拌连接条件下的铝基复合材料基体表面氧化膜去除机理；（2）连接过程中数值模拟研究。通过仿真模拟，研究机械搅拌过程中金属流体的速度场、压力场、剪切力场以及钎料流体对壁面作用力的分布情况。研究二次加热过程中，接头界面元素的扩散行为和基体的溶解行为，在此基础上建立了接头界面处元素在升温和保温阶段的扩散模型；（3）焊缝复合化工艺及机理研究。研究二次搅拌过程中工艺参数（二次升温温度、搅拌头直径、搅拌头转速）对接头焊缝复合形成的影响规律。研究二次搅拌过程中颗粒增强相与钎缝基体的复合行为，在此基础上提出SiC增强相与钎缝基体合金的复合机制。. 通过以上技术的实施为实现铝基复合材料精密、高质量的可靠连接奠定了技术基础。