异质层状复合板电控微爆炸界面连接机理研究
批准号:
52075360
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
王文先
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王文先
中文摘要
基于轻质、强韧、耐蚀或功能性等要求,异质材料层状复合板得到广泛应用,爆炸焊复合板是传统有效的方法,但其存在安全、尺度和均匀受限的劣势。本项目提出“电控微爆炸连接层状复合板材的连续轧制制造技术”,着重研究电控微爆炸界面连接机理。以钛合金/碳钢和铝/镁合金两种典型层状复合板为对象,在连接区域施加多频段脉冲复合电流,研究高频电流邻近效应和集肤效应作用下电流路径及板材两侧表面氧化膜阴极雾化清理机制;探讨界面会合区的低频脉冲电弧放电微爆炸现象及其对界面波形形貌的影响;揭示高低频复合电流作用下会合区电弧和电阻产热机制、接触区协调塑性变形行为、压力区微观塑性连接机理;阐明电控微爆炸轰击作用下连接界面的热力学和动力学行为。表征连续轧制制造的两种层状复合板界面组织、接合强度和宏观力学性能,创新性实现“表面清理~波纹界面~固相连接”一体化,成果将丰富异质材料连接理论,为高品质层状复合板规模化制造提供理论支持。
英文摘要
Based on the requirements of light weight, toughness, corrosion resistance or functionality, heterogeneous composites laminated plates are widely used. Explosive welding of laminated composites plates is a traditional and effective method, but it has the disadvantages of safety, size and uniform limitation. This project proposes "Continuous Rolling Technology of Electro-Control-Micro-Explosion Laminated Composites Plate", focusing on the study of the interface mechanism of electro-micro-explosion. In this study, two typical laminated composites plates, including titanium alloy/carbon steel and aluminum/magnesium alloy, will be used as the research object, and a "high frequency+low frequency pulse" current will be applied in the joining area to study the proximity effect caused by high frequency current, current path inspired by current skin effect and the mechanism of cathode atomization cleaning of oxide film on both sides of plate. The phenomenon of micro-explosion discharge caused by low-frequency pulse arc at the interface junction area and its effect on the waveform interface morphology will be discussed. Besides, the mechanism of arc and resistance heat generation in the confluence zone, the coordinated plastic deformation behavior in the contact zone and the microscopic plastic connection mechanism in the pressure zone will be revealed. The thermodynamic and dynamic behavior of the plate connection interface under the bombardment effect of the electro-controlled micro-explosion will be clarified. Furthermore, the interface structure, joint strength and macro mechanical properties of the two laminated composites plates manufactured by continuous rolling will be characterized. Innovatively the integration of "surface cleaning, corrugated interface and solid phase connection" will be realized, which will enrich the theory of large area bonding, and provide theoretical support for the industrialization of high-quality heterogeneous laminated composites plates.
随着科技的迅猛发展和重大装备对材料性能的日益严苛要求,单一材料已难以满足现代工程应用中对轻质、高强度及极端环境材料的多样化需求。其中Mg/Al复合板材因其优异的综合性能,成为应用最广泛的重要材料之一。然而,层状复合材料的连接界面往往存在金属间化合物,这些化合物通常表现出较大的硬脆性,且在实际应用中需要实现大面积的连接,传统的熔化连接方法难以获得高品质的复合板材。本项目在近几年深入研究的基础上,提出一种新型的“电控微爆炸连接层状复合板材的制造技术”,在连接区域施加多频段脉冲复合电流。高频电流具有集肤效应和邻近效应,引导电流汇聚到连接界面,产生电弧放电,其阴极雾化作用使得材料表面氧化膜破碎,这样的异质材料有效接合可以形成洁净界面波形控制的固相连接界面,获得高品质层状复合板材。其中,基于COMSOL对Mg/Al复合板的电控微爆炸初始阶段进行了模拟,重点研究了高频电流作用下电流幅值、频率与表面粗糙度对电弧热形态、分布及横向电磁力的影响,以及氧化膜破除机制;对Mg/Al复合板在电控微爆炸连接过程中低频电流的作用进行了研究,重点考察了电流幅值和频率对材料表面电阻热与界面电磁力的影响。为了深入揭示Mg/Al复合板在电控微爆炸连接过程中的连接机理,基于分子动力学(MD)模拟对连接界面的原子运动行为进行了研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及透射电子显微镜(TEM)对复合板接合界面及近界区的组织演变特征进行了详细表征,并对复合板的界面接合强度和拉伸强度进行了系统的测试分析。结果显示,扩散界面和共晶界面对应的复合板界面接合强度分别为60 MPa和20 MPa;而抗拉强度则分别达到197 MPa和270 MPa。这表明,扩散界面在接合强度方面表现优异,而共晶界面在抗拉强度方面具有更高的表现。
殷瓦钢双尖角磁控振荡等离子弧焊接及其应力变形一体化调控机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:王文先
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依托单位:
基于高频脉冲放电的多维多尺度微纳连接机制及界面行为研究
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批准号:51775366
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2017
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负责人:王文先
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依托单位:
铝/镁合金爆炸焊界面接合机制及其塑性变形行为
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批准号:51375328
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2013
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负责人:王文先
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依托单位:
镁合金低碳制造关键基础研究中青年高层论坛
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批准号:51045009
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:6.0万元
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批准年份:2010
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负责人:王文先
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依托单位:
极端冷却速度下镁合金表面改性的组织和性能研究
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批准号:51075293
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2010
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负责人:王文先
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依托单位:
动态负荷下镁合金焊接接头断裂机理和改善对策研究
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批准号:50675148
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:王文先
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依托单位:
国内基金
海外基金