[发明专利]一种基于电致塑性效应的搅拌摩擦连接方法和装置

权利要求书

1.一种基于电致塑性效应的搅拌摩擦连接方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（一）搅拌摩擦连接前，首先对待连接板材（7）进行预处理，将待连接板材（7）用砂纸打磨去除氧化层、用酒精和丙酮进行清洗，然后在待连接板材（7）的连接面上生长纳米晶的碳化钛薄膜（11）；

（二）碳化钛薄膜（11）生长完成后，将有碳化钛薄膜（11）的连接面对接装夹固定在绝缘垫板（3）上，同时根据待焊接板材的尺寸将电动导轨（4）固定在绝缘垫板（3）上，保证导电块（6）在电动导轨（4）上滑动时，始终能与待连接板材（7）接触；所述的导电块（6）的运动方式，对于同种金属连接，两个导电块（6）的运动方式可以是与搅拌工具（2）保持在一条直线上同步运动；也可以是两个导电块（6）的对应的焊缝中心点与搅拌工具（2）在前进方向上保持一定距离，然后三者同步运动；对与异种金属连接，可以根据材料的种类，控制两个导电块（6）与搅拌工具（2）三者之间的运动；

（三）将脉冲电源（9）的两个电极分别连接到两个导电块（6）上，设置脉冲电源（9）的参数、电动导轨（4）的移动参数和搅拌摩擦连接工艺参数；搅拌摩擦连接时，启动控制器（10），通上高密度脉冲电流，该电流流经待连接板材（7）和连接区的碳化钛薄膜（11），产生大量焦耳热，该焦耳热效应与磁压缩效应、趋肤效应和纯电塑性效应耦合共同促进了连接区金属的位错运动，降低连接区的流动应力，再结合搅拌摩擦连接加工，能够获得组织细化的高质量连接焊缝，实现对高熔点合金的电致塑性效应搅拌摩擦连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的碳化钛薄膜（11）的微观结构状态是纳米晶，厚度为50-200纳米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的纳米晶碳化钛薄膜（11）的制备方法可以是化学气相沉积，也可以是物理气相沉积，阴极放电，离子镀方法中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的纳米晶碳化钛薄膜（11）不仅能大大提高电致塑性效应中的焦耳热效应，而且纳米晶碳化钛薄膜被搅拌工具搅拌破碎后形成的硬质颗粒对焊缝还能起到颗粒强化的效果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的导电块（6）与待连接板材（7）的接触位置始终保持在板材厚度的中心线位置，保证电致塑性效应对整个焊缝区域的作用。

6.一种基于电致塑性效应的搅拌摩擦连接装置，其特征是，它包括搅拌工具绝缘层（1）、搅拌工具（2）、绝缘垫板（3）、电动导轨（4）、导轨支撑座（5）、导电块（6）、待连接板材（7）、伺服电机（8）、脉冲电源（9）、控制器（10）和碳化钛薄膜（11）；待连接板材（7）的待连接面上均沉积有碳化钛薄膜（11），每个待连接板材未沉积碳化钛薄膜的一侧均安装有一个电动导轨（4），电动导轨（4）安装在绝缘垫板（3）上，所述的搅拌工具绝缘层（1）和绝缘垫板（3）是将整个搅拌摩擦连接加工区域与搅拌摩擦设备绝缘；所述的导电块（6）安装在导轨支撑座（5）上，导轨支撑座（5）在伺服电机（8）的驱动下在电动导轨（4）上运动，且导电块（6）与导轨支撑座（5）之间是绝缘的，两个导电块（6）分别与脉冲电源（9）的正负极相连；所述的控制器（10）与伺服电机（8）相连，控制伺服电机（8）的运动，从而控制导轨支撑座（5）的运动。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的导电块（6）与待连接板材（7）厚度中心位置相接触。