[发明专利]一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法

说明书

本发明高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，步骤为1)加工高体积分数铝基碳化硅零件至单边2mm余量；2)在高体积分数铝基碳化硅材料上加工塞孔；3)在钛柱表面加工螺旋线；4)对孔内表面进行观察；5)对复合材料底孔预涂覆钎料；6)酒精清洗钛合金表面，钛柱表面涂覆钎料；7)对钛柱和高体积分数铝基碳化硅进行钎焊；8)焊接后进行去应力热处理；9)高体积分数铝基碳化复合材料与钛合金柱的钎焊完成后，将端面加工至最终尺寸；10)高体积分数铝基碳化复合材料与钛合金柱的钎焊后，对焊缝表观用50倍视频显微镜和X射线对焊缝进行检测是否合格；11)在焊接后的钛柱上加工相应规格的螺纹孔底孔并进行攻丝。

技术领域

本发明涉及复合材料精密加工领域，具体涉及一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，属于精密(特种)加工等相关技术领域。

背景技术

铝基碳化硅复合材料，尤其是高体分铝基碳化硅材料具有高比强度和比刚度、低热膨胀系数(≤8×10^-6/℃)、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性、导热性(≥190W/m/K)以及耐磨、耐疲劳等优异的力学性能和物理性能，在航空航天、兵器、汽车等领域得到了广泛的应用，如军用电子产品封装壳体、军用高稳定光机结构件、军用光学/电子载荷热控产品、深空探测产品关键抗磨与高稳定性结构、汽车刹车片等。但是高体积分数碳化硅铝基复合材料上加工小孔螺纹一直是个难题，加工过程中底孔加工，尤其是丝锥攻螺纹时丝锥磨损严重，扭矩很大，经常折断，螺纹的加工精度和质量无法保证，而且即使是加工出的螺纹在经常需要拆卸的场合往往拆卸一次，螺纹的螺牙磨损量大，多次拆卸后的螺纹往往极易发生脱扣。材料的一系列优异性能的获得是以牺牲复合材料的塑性韧性和切削加工性为代价的，该材料由于塑性低以及在微观上的不均匀性而难于机械加工，特别体现在刀具磨损快和加工表面缺陷多等方面，尤其是其上螺纹的加工，由于其上含有大量坚硬的碳化硅颗粒，且微观不均匀，65％体分的材料其颗粒通常达60微米，加工过程刀具设计不合理和加工参数不当，易产生孔洞、凹坑、微裂纹、沟痕、螺纹崩边、基体撕裂等缺陷；对于细小孔及螺纹，刀具的研制、修形、修磨困难，磨损快、成本相对较高且效率极低，严重制约了高体积分数铝基碳化硅材料的大面积推广使用。碳化硅铝基复合材料精密加工是一项具有高难度和高技术含量的挑战，然而该材料的精密加工既是一种高代价高投入的工艺技术又是高增值高回报的工艺技术，世界工业先进国家都把它放在国家尖端技术和经济振兴的重要位置。

对于高体积分数铝基碳化硅材料上的螺纹加工，采用直接在母材上攻螺纹可以通过设计定制专用的PCD钻头、PCD丝锥来降低刀具磨损对螺纹加工的影响，加工效率低，且该类螺纹孔往往无法适用频繁拆卸的场合，3-5次使用后螺牙磨损严重，甚至会发生脱扣；通过打螺纹底孔攻头锥二锥后镶嵌钢丝螺套的方式来加工螺纹可降低螺牙的磨损，但该类螺纹孔往往精度较低，而且螺牙的多次使用，母体的牙同样会存在磨损掉屑，经验显示在55％体分的铝基碳化硅材料上加工M3的内螺纹，镶嵌钢丝螺套后，使用一次，母体的小径会减小0.03～0.05，无法适应多次拆卸的场合。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决高体积分数铝基碳化硅材料上加工螺纹尤其是小螺纹时易产生加工缺陷，且即使加工出螺纹无法适应反复拆卸的场合应用，提供一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，通过在高体积分数铝基碳化硅材料上钎焊钛合金柱，并在钛柱上攻螺纹孔，通过控制塞孔和钛柱的尺寸来达到精确控制钛合金含量，在不明显降低其材料线膨胀系数和增加材料质量属性的前提下大幅提高螺纹的加工精度、质量和效率。

本发明所采用的技术方案如下：一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，步骤如下：

1)加工高体积分数铝基碳化硅零件至单边2mm余量后；

2)在高体积分数铝基碳化硅材料上加工塞孔；

3)在钛柱表面加工螺旋线，螺旋线螺距为0.75mm，深0.15mm；外形公差按照(-0.15，-0.1)加工；钛柱高度比塞孔多1.5mm-2mm，钛柱直径比要加工的螺纹孔或销钉孔单边大1.5mm-2mm；