[发明专利]采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法，包括以下步骤：S1、将金属材料试件相对的两个端面对称地等分成M×N份，M、N均为自然数；S2、将两个电极装夹在金属材料试件的两个端面上；S3、向金属材料试件两个端面的电极施加脉冲电流，对金属材料试件进行改性处理；S4、改性过程中，控制金属材料试件表面温度小于预设温度，若最高温度大于预设温度，则停止施加脉冲电流，直至试件表面最高温度小于预设温度，再重新按照设定的脉冲电流参数完成单次改性过程；S5、改变电极在端面的位置，将电极置于端面的不同等分处，重复改性过程，直到M×N等分均完成改性。

技术领域

本发明涉及金属复合材料制造领域，尤其涉及一种采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法。

背景技术

软硬材料的融合在工程实际中应用十分广泛，例如汽车的轮胎就是由较硬的外层和软韧的内层构成，一些碰撞吸能部件则是由硬度较高的外层和较软的吸能内层复合而成。种种实例表明，多层次的软硬复合材料结构可以极大提升零部件的力学性能。目前，关于金属软硬复合材料制造技术主要有金属镀层技术、表面热处理技术，通过机械结合或冶金结合将两种不同性能的金属材料复合到一起。不同材料的复合必然会产生界面缺陷，在实际应用中会引入新的问题。为了改善这一问题，优化金属材料的综合性能，迫切需要开发一种新型软硬复合金属材料制备方法。

脉冲电流处理由于对固态金属材料具有独特的作用，被广泛的应用到金属材料的成形、热处理、改性和焊接等方面。在固态金属材料改性方面，大量研究表明，固态金属经脉冲电流处理可以降低残余应力，一些学者通过对微尺度组织研究后发现，脉冲电流的热和非热效应能够促进位错的运动、湮灭，导致位错密度降低，从而降低材料的残余应力，反应到宏观力学性能上会表现出金属硬度的改变。基于此，本专利提出了一种采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法，包括以下步骤：

S1、将金属材料试件相对的两个端面对称地等分成M×N份，M、N 均为自然数；

S2、将两个电极装夹在金属材料试件的两个端面上，且保证两个电极在一条直线上；

S3、向金属材料试件两个端面的电极施加脉冲电流，对金属材料试件进行改性处理；

S4、改性过程中，控制金属材料试件表面温度，若最高温度大于第一预设温度T1，则停止施加脉冲电流，直至试件表面最高温度小于第二预设温度T2，再重新按照设定的脉冲电流参数完成单次改性过程；

S5、改变电极在端面的位置，将电极置于端面的不同等分处，采用相同的脉冲电流参数，重复改性过程，直到M×N等分均完成改性，针对端面上的不同区域A_ij，施加的脉冲电流峰值电流密度 J＝I/(i*j*S_ij),其中I为脉冲电流的峰值电流，1iM，1jN，S_ij表示区域A_ij的面积，M、N为自然数。

接上述技术方案，改性之前，将金属材料试件与电极的接触端面进行打磨，去除表面氧化膜及污渍。

接上述技术方案，步骤S2中通过夹具将电极以一定的压力装夹在金属材料试件两端合适的位置，以保持接触良好。

接上述技术方案，电极包括平头电极或者尖头电极，金属材料试件通电端面的每一等分面积为电极面积的整数倍。

接上述技术方案，施加在电极上的压力取值范围约10～1000N。

接上述技术方案，施加的脉冲电流为交变电流，波形为方波、尖波、正弦波或组合波形。