[发明专利]一种金属层状复合材料制备过程界面智能调控方法及系统

说明书

本发明属金属层状复合材料领域，涉及一种金属层状复合材料制备过程界面智能调控方法及系统。本发明方法一方面通过实验获得不同工艺参数下的界面行为与结构相关数据，另一方面对已有相关文献的数据进行收集，从而建立工艺参数与界面特征数据库；然后，采用机器学习的方法，构建工艺参数与Cu/Al界面结构之间的普适性关系模型；最后，运用得到的关系模型构建智能调控系统，对铜铝层状复合材料制备、加工和热处理过程中的界面进行调控。可以大幅减少试验的次数，提高研发的效率，降低研发成本，有利于工艺推广应用。更容易与智能控制结合，实现智能化。

技术领域

本发明属金属层状复合材料领域，涉及一种金属层状复合材料制备过程界面智能调控方法及系统。

背景技术

铜/铝、铜/铝合金层状复合材料(简称铜铝层状复合材料)兼具纯铜导电性能优良、易连接和纯铝/铝合金密度低、导电性较好、价格低廉的优点，广泛应用于航空航天、交通装备、电力电器、国防军事等高技术领域。连铸直接复合成形是制备铜铝复合材料的高效短流程新技术(见：谢建新，等.一种包复材料水平连铸直接复合成形设备与工艺.中国专利：ZL200610112817.3。)，通过连铸复合先制备出铜铝复合坯料，再经轧制、拉拔等后续成形加工，可生产一定断面形状和尺寸的高性能铜铝复合材料产品。该工艺具有流程短，铜铝界面可以实现冶金结合，界面结合强度高，适合大规模生产等优点。

复合界面是决定铜铝层状复合材料性能、加工成形与服役性能的关键因素。由于铜和铝是两种在高温条件下非常活泼、容易发生反应的两种金属，因此，铜铝层状复合材料在制备、加工和热处理过程中，存在固-液反应、元素扩散、化合物形成与演化、界面组织结构演化等一系列复杂行为，合金成分、温度和时间等因素(简称界面条件)是影响复合界面行为的关键因素。建立制备、加工和热处理过程中的工艺条件与复合界面组织结构之间的关系模型，对精确控制界面反应和界面组织结构，制备高性能铜铝层状复合材料十分关键。然而，要实现界面精确控制，存在以下难题：一是由于连铸复合过程涉及的工艺参数较多，如金属液铸造温度、连铸速度、复合区温度、一次冷却强度、二次冷却强度等，各个工艺参数之间存在强耦合、非线性关系，需要解决工艺参数合理匹配和优化控制难题；二是需要解决工艺参数的可泛化性(普适性)问题，因为金属层状复合材料的制备工艺参数往往与具体的制备装备相关，往往一套制备系统所采用的工艺参数往往在另外一套不完全相同的制备系统中的普适性不强，例如，在一套装备中采用某一套工艺参数可以得到界面结合良好的铸坯，但在另一套装备中可能就得不到结合良好的复合界面。因此，如何建立工艺参数与复合材料界面之间的本质联系，使工艺参数具有可泛化性，从而在采用不同的装备时都可以通过工艺参数来控制复合材料界面，是需要解决的另外一个难题。

发明内容

本发明公开了一种金属层状复合材料制备过程界面智能调控方法及系统，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种金属层状复合材料制备过程界面智能调控方法，方法的具体步骤如下：

S1)采集不同工艺参数下的金属层状复合材料的界面结合强度的控制参数的历史数据，并进行预处理；

S2)将S1)处理后的历史数据进行划分，得到训练集和测试集；

S3)将S2)得到训练集对模型进行训练，通过测试集优化训练后的模型，即得到金属层状复合材料的界面结合强度预测模型，

S4)将制备设备上的传感器获取实时的控制参数，输入到S3)得到金属层状复合材料的界面结合强度预测模型，输出界面结合强度预测值；

S5)将S4)得到界面结合强度预测值通过遗传算法进行反复多次迭代计算，确定最优界面结合强度值，将得到最优界面结合强度值对应的控制参数值输入控制系统，获得优化后的高强度金属层状复合材料。

进一步，所述S1)中的金属层状复合材料为铜包铝复合材料，所述预处理为标准化-归一化，以消除量纲的影响。