[发明专利]一种电流辅助SPF/DB一体化成形工艺

说明书

本发明属于轻质高强结构电流辅助热成形技术领域，具体涉及一种电流辅助SPF/DB一体化成形工艺。该一体化成形工艺通过采用一体化成形模具实现板材的成形，该模具包括绝缘模具主体，所述绝缘模具主体上设有凹腔和装配孔，所述装配孔贯穿所述凹腔设置，所述装配孔处装配有垂直电极，所述垂直电极装配于所述装配孔后将所述凹腔分隔成至少1个用于板材成型的型腔，所述垂直电极上靠近所述凹腔的开口端的一端的端面用于与板材贴合、对板材的待扩散连接区域进行电加热。本发明可提高接触区温度，降低接触区变形抗力，并利用“电流裂纹愈合”效应加快界面孔洞的愈合消弭，促进界面元素扩散，可以实现复合界面低压、短时快速扩散连接。

技术领域

本发明属于轻质高强结构电流辅助热成形技术领域，具体涉及一种电流辅助SPF/DB一体化成形工艺。

背景技术

随着我国航空航天技术的深入发展，新一代高新装备要求具有更高的飞行速度和更远的飞行距离，在耐高温轻质结构材料与轻量化结构的双重减重方面提出了更高要求。因此，开发耐高温轻质材料的轻量化结构符合未来的发展趋势，需求非常迫切。

钛铝金属间化合物，具有低密度、高比强度和良好的抗氧化性等特点，是未来最具应用潜力的轻质高温金属结构材料之一，其中TiAl合金的使用温度可达700-900℃，Ti₂AlNb合金使用温度可达650℃，在航空航天领域具有广泛的应用前景。TiAl合金用于工作温度较高的部位，Ti₂AlNb合金用于服役温度较低的部位，就可以发挥两种材料各自的性能优势。

在航空航天领域，中空夹层结构可实现大幅减重，属于典型的轻量化结构^[4]。因此，将钛铝金属间化合物与多层中空夹层结构相结合可充分发挥材料轻质耐高温和结构轻量化的优势，从而实现双重减重，在航空航天蒙皮，热防护系统等具有温度梯度、热环境复杂领域具有具大的应用潜力。

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺是目前最具应用前景的成形中空多层结构的先进成形技术之一。但研究表明，现有的SPF/DB工艺对于Ti₂AlNb合金、TiAl合金中空结构的成形具有本质局限性，难以达到“控形”和“控性”要求。局限性主要体现在：一方面Ti₂AlNb合金、TiAl合金超塑性扩散连接所需压力大，常规设备气压不足，而刚性长时加载又容易导致扩散连接区域局部塑性变形过大，从而影响构件的形状精度。另一方面，传统成形方式高温暴露时间长，成形质量与使用性能呈现倒置关系。已有文献研究表明，Ti₂AlNb合金、TiAl合金超塑成形温度和扩散连接温度均在950℃以上，长时高温暴露导致材料组织粗化，常温和高温力学性能下降。同时，高温也导致成形效率低、成本高，制约了Ti₂AlNb和TiAl合金结构件的成形制造。因而，解决局部过度塑变和长时高温导致的组织性能下降问题将成为实现Ti₂AlNb-TiAl合金复合中空结构SPF/DB技术的关键。