CN112620914B - 一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法 - Google Patents

一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法
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；
进一步地，所述步骤三中将铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗铝合金坯料，去除坯料表面的氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液。于手套箱中在铝合金坯料板材超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂，厚度为0.1～0.3mm，成分中钛白粉占比50％～60％，粒径为30～50μm，环氧树脂占比30％～40％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比10％～20％，粒径为80～100μm；
进一步地，所述步骤四中将两片铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，阻隔空气进入到两片铝合金板材待成形面之间的间隙中；
进一步地，所述步骤五中的脱模剂为氮化硼喷雾，将脱模剂均匀喷涂在上下模具中与工件的接触面上，将待成形组件放在模具内，然后将装载有待成形组件的模具放入真空扩散连接设备中；
进一步地，所述步骤六中待装载有待成形组件的模具放入真空扩散连接设备后，将热电偶插入在上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加2MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至500～520℃，同时上模施加到5MPa的扩散压力，并在5MPa的扩散压力下保温120min，然后卸载上模压力。随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接：
进一步地，所述步骤七中当保温工序结束后，模具随真空炉内的温度冷却至50℃，打开真空设备舱门，取出模具，并对成型后的试件进行脱模；
进一步地，所述步骤八中按目标要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的铝合金中空双层结构件；
进一步地，所述步骤八中选用800目及1500目砂纸依次对成型后的铝合金试件进行机械打磨。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明提供一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，与传统的铆接和焊接工艺相比，本发明通过超塑成形扩散连接方法制备的铝合金中空结构件，减小了超塑区与扩散区过度处的应力集中，具有较高的比强度和比刚度。
2、本发明提供一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，相比于目前制备铝合金双层中空结构件往往需要扩散连接与超塑成形两步工序，而本发明能够同步进行超塑成形和扩散连接过程，在一个热循环内制备铝合金复杂型面双层中空结构件，且制备的铝合金试件不存在气孔通道等缺陷，降低铝合金板材机械性能的损失，大大提高了构件的结构完整性，同时有效缩短加工周期、降低制造成本。
3、本发明提供一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，通过模具控制铝合金中空双层结构件的外形和尺寸，具有较高的成形精度与表面质量。
附图说明
图1是本发明所述方法所用模具中上模具的俯视图；
图2是本发明所述方法所用模具中上模具的主视图；
图3是本发明所述方法所用模具中上模具的左视图；
图4是本发明所述方法所用模具中下模具的俯视图；
图5是本发明所述方法所用模具中下模具的主视图；
图6是本发明所述方法所用模具中下模具的左视图；
图7是本发明中上下模装配示意图；
图8是本发明中铝合金试件阻焊剂涂覆位置示意图(白色区域为阻焊剂涂覆位置)；
图中1上模测温孔、2上模支撑孔、3上模定位孔、4下模测温孔、5下模支撑孔和6下模定位柱。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式提供了一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，其特征在于：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。
本实施方式中提供一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，与传统的铆接和焊接工艺相比，本发明通过超塑成形扩散连接方法制备的铝合金中空结构件，减小了超塑区与扩散区过度处的应力集中，具有较高的比强度和比刚度，相比于目前制备铝合金双层中空结构件往往需要扩散连接与超塑成形两步工序，而本发明能够同步进行超塑成形和扩散连接过程，在一个热循环内制备铝合金复杂型面双层中空结构件，且制备的铝合金试件不存在气孔通道等缺陷，降低铝合金板材机械性能的损失，大大提高了构件的结构完整性，同时有效缩短加工周期、降低制造成本。
具体实施方式二：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤一作进一步限定，本实施方式中，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。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，通过封边槽可以有效的将两片铝合金板材边缘处进行包裹，避免由于蜡封的厚度影响合模，测温孔便于观测合模后模具内部的温度变化。
具体实施方式三：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的步骤二作进一步限定，本实施方式中，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。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
本实施方式中，砂纸的选取类别为400目至1500目，一般由粗至细选择三种砂纸进行机械打磨和抛光处理，在进行打磨和抛光时所用的砂纸的目数逐渐增大，如此设置有利于保证铝合金与异种金属表面清理的完整性，并且保证更好的光洁度。
具体实施方式四：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的步骤二作进一步限定，本实施方式中，所述步骤三中将铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗铝合金坯料，去除坯料表面的氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液。于手套箱中在铝合金坯料板材超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂，厚度为0.1～0.3mm，成分中钛白粉占比50％～60％，粒径为30～50μm，环氧树脂占比30％～40％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比10％～20％，粒径为80～100μm。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的步骤四作进一步限定，本实施方式中，所述步骤四中将两片铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，阻隔空气进入到两片铝合金板材待成形面之间的间隙中。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
如此设置，避免了空气进入到两片铝合金板材待成形面之间的间隙中，影响成形后的的中空结构。
具体实施方式六：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述步骤五作进一步限定，本实施方式中，所述步骤五中的脱模剂为氮化硼喷雾，将脱模剂均匀喷涂在上下模具中与工件的接触面上，将待成形组件放在模具内，然后将装载有待成形组件的模具放入真空扩散连接设备中。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述步骤六作进一步限定，本实施方式中，所述步骤六中待装载有待成形组件的模具放入真空扩散连接设备后，将热电偶插入在上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加2MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至500～520℃，同时上模施加到5MPa的扩散压力，并在5MPa的扩散压力下保温120min，然后卸载上模压力。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
本实施方式中，随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述步骤七作进一步限定，本实施方式中，所述步骤七中当保温工序结束后，模具随真空炉内的温度冷却至50℃，打开真空设备舱门，取出模具，并对成型后的试件进行脱模。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式八所述步骤八作进一步限定，本实施方式中，所述步骤八中按目标要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的铝合金中空双层结构件。其它组成及连接方式与具体实施方式八相同。
如此设置，通过机械打磨进行表面光滑处理为了保证工件表面的光洁度。从真空炉中取出工件与外界空气接触，表面容易受到空气中杂质的侵蚀，空气中杂质与工件表面接触后会产生轻微的凹陷，影响工件的美观度。
具体实施方式十：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九所述步骤九作进一步限定，本实施方式中，所述步骤八中选用800目及1500目砂纸依次对成型后的铝合金试件进行机械打磨。其它组成及连接方式与具体实施方式九相同。
实施例
本发明铝合金同步超塑成形扩散连接方法选用厚度为2mm的2B06铝合金板材和厚度为2mm的7B04铝合金板材作为坯料，制备异种铝合金双层中空结构件。
实施例一：
步骤一：根据目标结构件的外观形状及尺寸要求设计上下模尺寸，使用不锈钢材料制作模具，在上下模分别加工封边槽、测温孔、支撑孔，在上模加工定位孔，下模焊接定位销；
步骤二：根据试件尺寸要求切割2B06和7B04铝合金板材，坯料补偿7mm工艺余量，使用400目、800目及1500目砂纸依次将铝合金表面进行机械打磨和抛光处理随后将铝合金板材置于丙酮溶液中进行超声清洗30min，去除铝合金表面油污；
步骤三：2B06和7B04铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗20min，去除坯料表面氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液；在坯料超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂(由钛白粉、环氧树脂、苯乙烯-本烯腈共聚物按质量比组成)厚度为0.1mm，钛白粉占比55％，粒径为40μm，环氧树脂占比35％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比15％，粒径为90μm；
步骤四：在手套箱中将涂好阻焊剂的2B06和7B04铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，起到阻隔空气的作用
步骤五：清理上下模具的型腔面并涂覆脱模剂，脱模剂成分为氮化硼喷雾，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：将热电偶插入上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加5MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至500℃，施加5MPa扩散压力，保温120min，然后卸载上模压力。随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接；
步骤七：当保温工序结束后，模具随炉冷却至50℃，上模泄压，打开真空设备舱门，取出试件；
步骤八：按要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的双层中空铝合金制件。
经上述步骤制备的异种铝合金双层中空结构件贴模程度仅为35.7％，扩散连接区域焊合率仅在65％左右，扩散连接区域减薄率最大为4.2％，超塑成形区域最小壁厚为原板材的85.3％。
实施例二：
步骤一：根据目标结构件的外观形状及尺寸要求设计上下模尺寸，使用不锈钢材料制作模具，在上下模分别加工封边槽、测温孔、支撑孔，在上模加工定位孔，下模焊接定位销；
步骤二：根据试件尺寸要求切割2B06和7B04铝合金板材，坯料补偿7mm工艺余量，使用400目、800目及1500目砂纸依次将铝合金表面进行机械打磨和抛光处理随后将铝合金板材置于丙酮溶液中进行超声清洗30min，去除铝合金表面油污；
步骤三：2B06和7B04铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗20min，去除坯料表面氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液；在坯料超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂(由钛白粉、环氧树脂、苯乙烯-本烯腈共聚物按质量比组成)厚度为0.2mm，钛白粉占比55％，粒径为40μm，环氧树脂占比35％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比15％，粒径为90μm；
步骤四：在手套箱中将涂好阻焊剂的2B06和7B04铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，起到阻隔空气的作用
步骤五：清理上下模具的型腔面并涂覆脱模剂，脱模剂成分为氮化硼喷雾，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：将热电偶插入上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加5MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至520℃，施加5MPa扩散压力，保温120min，然后卸载上模压力。随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接；
步骤七：当保温工序结束后，模具随炉冷却至50℃，上模泄压，打开真空设备舱门，取出试件；
步骤八：按要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的双层中空铝合金制件。
经上述步骤制备的异种铝合金双层中空结构件贴模程度约为85％，扩散连接区域焊合率在95％以上，扩散连接区域减薄率最大为17.7％，超塑成形区域最小壁厚为原板材的74.7％。
实施例三：
步骤一：根据目标结构件的外观形状及尺寸要求设计上下模尺寸，使用不锈钢材料制作模具，在上下模分别加工封边槽、测温孔、支撑孔，在上模加工定位孔，下模焊接定位销；
步骤二：根据试件尺寸要求切割2B06和7B04铝合金板材，坯料补偿7mm工艺余量，使用400目、800目及1500目砂纸依次将铝合金表面进行机械打磨和抛光处理随后将铝合金板材置于丙酮溶液中进行超声清洗30min，去除铝合金表面油污；
步骤三：2B06和7B04铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗20min，去除坯料表面氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液；在坯料超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂(由钛白粉、环氧树脂、苯乙烯-本烯腈共聚物按质量比组成)厚度为0.3mm，钛白粉占比55％，粒径为40μm，环氧树脂占比35％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比15％，粒径为90μm；
步骤四：在手套箱中将涂好阻焊剂的2B06和7B04铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，起到阻隔空气的作用
步骤五：清理上下模具的型腔面并涂覆脱模剂，脱模剂成分为氮化硼喷雾，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：将热电偶插入上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加5MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至520℃，施加5MPa扩散压力，保温120min，然后卸载上模压力。随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接；
步骤七：当保温工序结束后，模具随炉冷却至50℃，上模泄压，打开真空设备舱门，取出试件；
步骤八：按要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的双层中空铝合金制件。
经上述步骤制备的异种铝合金双层中空结构件完全贴模，扩散连接区域焊合率在95％以上，扩散连接减薄率最大为26.7％，超塑成形区域最小壁厚为原板材的67.2％。
经过上述三个实施例中三组铝合金板材超速成型扩散连接的结果可以看出，通过本申请提出的非真空焊接方法，在铝合金板材涂覆阻焊剂的厚度及扩散连接的焊接温度与超速成型扩散连接的结果密切相关；
结合实施例一与实施例二相比，当铝合金板材涂覆阻焊剂的厚度为0.1mm及温度在500°的条件下，超速成型扩散连接的贴模程度并不理想，而且其他指标相对也较差，当铝合金板材涂覆阻焊剂的厚度为0.2mm及温度在520°的条件下，可以使超速成型扩散连接的贴模程度达到85％以上，同时减薄率和焊接接头剪切强度也都满足与焊接标准，相比下在其他条件不变时，涂覆阻焊剂的厚度更高及焊接温度更高时，贴模程度越好；
结合实施例二与实施例三相比，当铝合金板材涂覆阻焊剂的厚度为0.3mm及温度在520°的条件下，可以使超速成型扩散连接的贴模程度达到完全贴合，同时减薄率和焊接接头剪切强度也都满足与焊接标准，相比下在其他条件不变时，涂覆阻焊剂的厚度更高及焊接温度更高时，贴模程度越好的基础上，在阻焊剂的厚度在0.3mm左右既为最佳厚度，过少影响贴合率，过高则会浪费材料；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，本发明同样适用于高超声速目标横向机动轨迹预测、目标速度预测等方面。凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均就包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，其特征在于：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；
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；
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；
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；
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；
所述步骤三中将铝合金坯料置于手套箱中使用浓度为10wt.％的氢氧化钠溶液和浓度为10vol.％的硝酸溶液依次清洗铝合金坯料，去除坯料表面的氧化皮，然后用酒精清洗残余硝酸溶液于手套箱中在铝合金坯料板材超塑胀形区域涂覆低温气化阻焊剂，厚度为0.1～0.3mm，成分中钛白粉占比50％～60％，粒径为30～50μm，环氧树脂占比30％～40％，由双酚A型环氧树脂和聚酰胺树脂固化剂按比例1.2:1混合而成，苯乙烯-本烯腈共聚物占比10％～20％，粒径为80～100μm；
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；
所述步骤四中将两片铝合金板材待成形面相对叠放，双层坯料四周边缘处使用石蜡封边，阻隔空气进入到两片铝合金板材待成形面之间的间隙中；
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；
所述步骤五中的脱模剂为氮化硼喷雾，将脱模剂均匀喷涂在上下模具中与工件的接触面上，将待成形组件放在模具内，然后将装载有待成形组件的模具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；
所述步骤六中待装载有待成形组件的模具放入真空扩散连接设备后，将热电偶插入在上下模具的测温孔中，关闭真空设备舱门，预先在上模施加2MPa的压力并抽真空，当真空度达到10-3Pa以下时，设备开始以5℃/min的速率升温至500～520℃，同时上模施加到5MPa的扩散压力，并在5MPa的扩散压力下保温120min，然后卸载上模压力，随着试件温度升高，阻焊剂中的环氧树脂和苯乙烯-本烯腈共聚物受热气化挥发，只剩余钛白粉起到阻碍连接的作用，组件内外形成气压差，促使该区域发生超塑胀形，而未涂覆阻焊剂区域铝合金板材表面原子相互扩散实现扩散连接；
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。
2.根据权利要求1中所述的一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，其特征在于：所述步骤七中当保温工序结束后，模具随真空炉内的温度冷却至50℃，打开真空设备舱门，取出模具，并对成型后的试件进行脱模。
3.根据权利要求2中所述的一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，其特征在于：所述步骤八中按目标要求精准加工铝合金试件的外形尺寸，并通过机械打磨进行表面光滑处理，最终得到复杂曲面的铝合金中空双层结构件。
4.根据权利要求3中所述的一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法，其特征在于：所述步骤八中选用800目及1500目砂纸依次对成型后的铝合金试件进行机械打磨。
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