一种异种材料制造装备及强化连接方法

本发明属于异种材料连接，具体涉及一种异种材料制造装备及强化连接方法。

背景技术：

1、随着近年来社会的发展以及科技的进步，单一材料的性能已经不能满足日益增长的各种性能指标要求，同时对连接技术的应用也越来越广泛，使得对连接技术的研究也越发的深入。加之随着国家大力推行碳中和实施计划，一种全新的能连接轻量化材料的连接技术的需求日益增多。现如今对于异种材料的连接研究的目的是为了使同一部件的不同部分能有不同的物理和化学性能，使得满足特定情况下的使用；再者就是为了达到轻量化的目的，使部件的关键金属部位保留，而其余部位可以连接树脂等密度较小的物质，达到轻量化的目的，这类连接材料一般多用于汽车和航天等领域，因此推出了异种材料制造装备及强化连接方法，达到新型的连接方式，满足连接后的使用性能。

2、中国发明专利(申请号cn201821801191.1)公开了一种提高异种材料连接强度的连接结构。该方法在金属基材与塑料基材上开孔，并在连接处设置激光处理过的有纳米或微米级孔洞的凸台，用以增加机械咬合与化学键的作用，然后在连接处增设一个由弹性材料制作的密封圈，用以改善连接处孔隙，最后用塑料铆柱进行热铆接。

3、现有异种材料制造装备及强化连接方法仍多是以铆接、螺纹连接以及卡扣连接方式为主，该类方式首先对产品的外观影响较为明显，其次连接强度以及密封性还是仍有不足。虽然通过粘接的方式可在很大程度上改善外观，但是粘接的方法对连接材料的要求很高，不同的材料之间需要专用的粘接剂。而通过改变金属表面微观构型的方法，如表面激光蚀刻法虽然在外观方面有很大的改善，但是其连接性能仍是有待提高，且通过激光改变金属表面微观构型的方法成本较高，不方便企业大规模生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种异种材料制造装备及强化连接方法，利用此方法能够实现金属材料与复合材料，特别是与树脂类材料的高强度、高性能的连接。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

3、一种异种材料制造装备，包括：金属粉饼成型模块、真空气氛管式电炉、浇注模块、计算机辅助模块和参数控制器，所述金属粉饼成型模块包括台座且台座的顶部放置压制模具，所述压制模具内设置有金属基材且金属基材的顶部开设有井字形沟槽，所述井字形沟槽内及上方压制有金属粉末造孔剂混合物，所述金属粉末造孔剂混合物的顶部放置有压制块，所述浇注模块包括浇注模具且浇注模具内设置有多孔金属，所述多孔金属的一端设置有被连接材料，所述多孔金属内对应设置有凸起和空腔，所述真空气氛管式电炉包括托盘且托盘顶部放置有多孔金属坯体。

4、进一步的；所述压制模具的顶部设置有压头且压头的底端贯穿压制模具与压制块接触。

5、进一步的；所述浇注模具的一端进料口连接有便于加料的浇注头。

6、进一步的；所述多孔金属的凸起和被连接材料在多孔金属空腔中固化，形成很大的接触面。

7、进一步的；所述计算机辅助模块和参数控制器的输出端均与真空气氛管式电炉输入端通过导线构成电连接。

8、进一步的；所述计算机辅助模块可以通过输入多孔金属的材质自动调用预先通过实验数据建立的数据库，可以直接生成该种材料多孔金属的工艺参数。

9、一种异种材料制造装备的强化连接方法，具体强化连接方法步骤如下：

10、步骤一：通过计算机辅助模块获得工艺参数，并通过参数进行粉末配比并制成块；

11、步骤二：将金属粉末造孔剂混合物压制在有井字形沟槽一面的金属基材上，形成混合层的多孔金属坯体；

12、步骤三：将金属粉饼成型模块压制成的多孔金属坯体放置在托盘并送入烧结室内进行烧结，从而获得多孔金属；

13、步骤四：将熔融状态的材料注入到浇注模具，与多孔金属固化形成连接强化结构。

14、本发明的有益效果

15、1、该连接方法基于烧结成型的多孔金属，可以实现异种材料，特别是金属材料与树脂类材料的连接强化，为各个行业与企业提供了一种全新的连接方式，具有很广阔的应用前景，本项发明利用了多孔金属的特性，使多孔金属的微米级孔洞与被连接材料进行连接，使得二者微小的紧固结构非常多，如图2所示，在连接结构微米级孔洞放大示意图中有许多处微小的互相铆合的地方，且由于连接处都是微米级的，对于现实生活中毫米甚至厘米级场景以上的连接，这就使得这种微小的紧固结构特别的多；且由于多孔金属有着高孔隙率的特性，从而获得了更大的表面相互作用力；二者综合作用下使得连接结构有着超高的连接强度与性能。

16、2、该连接强化方法是以烧结法制备多孔金属的基础上得到的，而固体烧结法在工业上是容易规模化实现，且成本较低，这就导致了容易批量化生产，这点是激光蚀刻增加连接强度所达不到的；所以该连接强化结构拥有非常高的经济效益，本连接强化结构的生产过程中采用了计算机辅助模块，为制备多孔金属提供了一个更为简单和方便的方式，前期做了大量的烧结实验，利用实验数据建立了多孔金属工艺参数库，在烧结时只需在程序中输入金属的材质和目标多孔金属的孔隙率即可得到工艺参数，且对于库中没有的材料，若与已有材料特性相差不超过10％即可调用相似材料的工艺参数，很大程度上方便了生产工作。

17、3、本连接强化方法在金属基材上预制了宽1mm深1mm的井字形沟槽，然后将金属粉末与造孔剂混合物填充进沟槽里面压制成坯体，这就使金属基材与多孔层多出了几个侧面的结合面，大大增加了金属基材与多孔金属层之间的受力，实现了金属基材与多孔层的牢固结合；在其他连接金属基材与金属多孔层的方法中，基本上采用的都是低温焊锡，使多孔金属层与金属基材焊接在一起，这种方法使得成本很高且不利用工业化大规模生产；本连接方法则为金属基材与多孔金属层提供了一种新的低成本且便于规模化的生产方法。

技术特征：

1.一种异种材料制造装备，其特征在于，包括：金属粉饼成型模块(1)、真空气氛管式电炉(2)、浇注模块(3)、计算机辅助模块(4)和参数控制器(5)，所述金属粉饼成型模块(1)包括台座(13)且台座(13)的顶部放置压制模具(15)，所述压制模具(15)内设置有金属基材(14)且金属基材(14)的顶部开设有井字形沟槽(141)，所述井字形沟槽(141)内压制有金属粉末造孔剂混合物(12)，所述金属粉末造孔剂混合物(12)的顶部放置有压制块(16)，所述浇注模块(3)包括浇注模具(33)且浇注模具(33)内设置有多孔金属(32)，所述多孔金属(32)的一端设置有被连接材料(34)，所述多孔金属(32)内对应设置有凸起(321)和空腔(322)，所述真空气氛管式电炉(2)包括托盘(22)且托盘(22)顶部放置有多孔金属坯体(21)。

2.根据权利要求1所述的一种异种材料制造装备，其特征在于，所述压制模具(15)的顶部设置有压头(11)且压头(11)的底端贯穿压制模具(15)与压制块(16)接触。

3.根据权利要求1所述的一种异种材料制造装备，其特征在于，所述浇注模具(33)的一端进料口连接有便于加料的浇注头。

4.根据权利要求1所述的一种异种材料制造装备，其特征在于，所述多孔金属(32)的凸起(321)和被连接材料(34)在多孔金属(32)空腔(322)中固化，形成很大的接触面(323)。

5.根据权利要求1所述的一种异种材料制造装备，其特征在于，所述计算机辅助模块(4)和参数控制器(5)的输出端均与真空气氛管式电炉(2)输入端通过导线构成电连接。

6.根据权利要求1所述的一种异种材料制造装备，其特征在于，所述计算机辅助模块(4)可以通过输入多孔金属(32)的材质自动调用预先通过实验数据建立的数据库，可以直接生成该种材料多孔金属(32)的工艺参数。

7.根据权利要求1-6所述的一种异种材料制造装备的强化连接方法，其特征在于，具体强化连接方法步骤如下：

技术总结
本文公开发明了一种异种材料制造装备及强化连接方法，包括：金属粉饼成型模块、真空气氛管式电炉、浇注模块、计算机辅助模块和参数控制器，所述金属粉饼成型模块包括台座且台座的顶部放置压制模具，所述压制模具内设置有金属基材且金属基材的顶部开设有井字形沟槽，所述井字形沟槽内及上方压制有金属粉末造孔剂混合物，所述金属粉末造孔剂混合物的顶部放置有压制块，所述浇注模块包括浇注模具且浇注模具内设置有多孔金属，所述多孔金属的一端设置有被连接材料，所述多孔金属内对应设置有凸起和空腔。本发明连接力学性能好，成本低，生产步骤简单，可大规模制造，特别适用于金属材料与树脂类材料的连接。

技术研发人员：钱淼,刘乐,叶常青,孙世杰,向忠,王俊茹,胡旭东
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1