脉冲电流在SiCp/Al多层结构热冲压/TLP连接复合工艺过程中的作用机理研究

The multi-sheet structure has many advantage including the good bending rigidity and small structure weight etc., which can satisfy the requirement of light weight structure in aerospace. The pulse current applied as high-energy field, the pulse current auxiliary multi-sheet structure hot stamping/TLP (Transient Liquid Phase) diffusion bonding process will be studied. The project will study on the mechanism of pulse current on plastic deformation of aluminum matrix composites. The uniaxial tension are applied with pulse current heating and holding furnace to explore the softening and hardening behavior, mechanical properties and fracture feature of aluminum matrix composites. The effects of pulse current on dislocation morphology, distribution and sliding of aluminum matrix composites were analyzed and achieve the process parameters control of plastic deformation of SiCp/Al multi-sheet structure. The mechanical properties and microstructure of SiCp/Al samples with pulse current treatment are analyzed and the FEM analysis of the three-field coupling of the pulse current-heating-force is performed to discover the mechanism of pulse current on micro-crack healing. In addition, the pulse current auxiliary TLP diffusion bonding of SiCp/Al composites focus on the design and optimization of powder interlayer, mechanical properties, microstructure and phase transfer of joint, which results are analyzed to discover the effects mechanism of pulse current on powder interlayer during powder metallurgical bonding including the Joule heat effect, electro-migration effect, spark plasma sinter (SPS) etc. Moreover, the key controlling factors and the optimization method of TLP bonding of SiCp/Al multi-sheet structure will be investigated. The above results will further lay academic foundation for pulse current auxiliary plastic deformation and bonding technology of aluminum matrix composites.

多层结构具有弯曲刚度大、结构重量小等优点，能够满足航空、航天领域对轻量化的需求。本课题采用脉冲电流作为外加能量场，开展SiCp/Al多层结构热冲压/TLP（瞬态液相）连接复合技术的基础研究。研究脉冲电流辅助下SiCp/Al单向拉伸性能，分析强脉冲电流对塑性变形中位错形态与滑移的影响规律，实现对SiCp/Al多层结构塑性成形的关键工艺参数控制；通过对脉冲电流处理试样力学性能测试、微观形貌观察、电-热-力三场耦合有限元数值模拟，探索脉冲电流对微裂纹损伤修复的作用机理。研究SiCp/Al脉冲电流辅助TLP连接技术，设计与优化中间层粉末，分析接头的微观组织及相组成，揭示脉冲电流对中间层粉末冶金化连接过程中产生的等离子烧结致密化和电迁移等作用机理，掌握SiCp/Al多层结构连接的关键参数控制与优化手段。研究成果将为SiCp/Al多层结构脉冲电流辅助热冲压/TLP连接复合技术的发展与应用奠定理论基础。

航空、航天飞行器等对于板材结构件的轻量化具有的迫切需求，多层结构具有承力层的稳定性高、结构的弯曲刚度大、具有高质量的外形和表面、较小的结构重量和材料成本、良好的能量吸收和疲劳性能等优点，目前其结构已被大量的应用到航空航天等领域。.本课题采用脉冲电流作为外加能量场，开展SiCp/Al多层结构热冲压/TLP（瞬态液相）连接复合技术的基础研究。研究脉冲电流辅助下SiCp/Al单向拉伸性能，分析强脉冲电流对塑性变形中位错形态与滑移的影响规律，实现对SiCp/Al多层结构塑性成形的关键工艺参数控制；通过对脉冲电流处理试样力学性能测试、微观形貌观察、电-热-力三场耦合有限元数值模拟，探索脉冲电流对微裂纹损伤修复的作用机理。研究SiCp/Al脉冲电流辅助TLP连接技术，设计与优化中间层粉末，分析接头的微观组织及相组成，揭示脉冲电流对中间层粉末冶金化连接过程中产生的等离子烧结致密化和电迁移等作用机理，掌握SiCp/Al多层结构连接的关键参数控制与优化手段。本项目完成了所有研究工作，达到了预期的研究目标。通过脉冲电流辅助塑性变形和冶金连接过程机理的研究工作，取得了一定的成果，明确了脉冲电流下 SiCp/Al 复合材料多层结构的成形与连接理论，包括：脉冲电流下的塑性变形机制、电-热-力耦合下微裂纹损伤修复机制，脉冲电流下中间层粉末冶金化连接机制等，并依此为基础，掌握了SiCp/Al 复合材料多层结构的脉冲电流辅助热冲压与 TLP 连接复合工艺，促进了脉冲电流在SiCp/Al 复合材料多层结构成形与连接领域的应用。.已发表学术论文 6 篇，已提交 2 篇，获得授权专利 1 项，培养硕士毕业生 1 名。本项目的研究，在脉冲电流辅助SiCp/Al 复合材料成形/TLP连接方面具有学术价值，在一定程度上推动了SiCp/Al多层结构脉冲电流辅助热冲压/TLP连接复合技术的发展与应用奠定理论基础。