一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，使用机械搅拌的方式制备不同混合比例的铜

【技术实现步骤摘要】
一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料制备与成型领域，具体为一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法。

技术介绍

[0002]自进入21世纪，材料科学的发展已经成为了诸多行业的基础，尤其是航空航天、军工、核能、电子工程、海洋工程等高新
，在复杂工作环境下传统材料逐渐无法满足苛刻的性能要求。梯度材料作为一种为了实现极限环境下反复正常工作而发展的新型功能材料，由两种或多种材料复合，成分和结构呈连续梯度变化，在上述专业领域都有广泛的应用。Cu
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Al类合金材料在工业上的应用时间较早，工艺趋于成熟，在室温和高温条件下有着较好的力学性能和综合性能，其制造工艺相对简单，成本优势显著。海底电缆是通过绝缘材料包覆的导电线材，通常会敷设在江河、海洋水下，用于大功率电能的水下传输，与地下电力电缆功用相同，但应用场景和敷设方式不同。海底电缆工程是世界各国公认的复杂困难的大型工程，从环境监测、海洋调查、电缆设计和制造安装，都有着极高的技术要求。通常海底电缆的敷设工程分为陆上、水下两部分，在水下部分的电缆材料需要具备一定的耐腐蚀能力，通常使用Cu这类耐腐蚀材料，在陆上部分，电缆的工作环境相较于水下会好很多，考虑材料成本，通常陆上设备通常使用价格更为低廉的Al材料。在陆上部分与水下部分的结合处，铜铝两种材料的连接通常会采用焊接的形式，铜铝焊接的首要难题是克服接头腐蚀和老化，腐蚀由于两种材料之间的电极电位差引起，目前没有合适的解决途径。而焊接中焊缝易产生铜铝脆性化合物，在接头工作在高温环境、受机械振动作用，会导致Cu
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Al原子扩散，形成金属间化合物层并且不断加厚，使接头的冲击韧性较低，电阻升高。所以需要在Cu、Al线材之间设计一种铜铝配比逐渐改变的梯度功能材料，实现热膨胀系数和弹性模量的逐渐变化，避免焊接时因为异种材料之间性质的差异而开裂。因此设计一种快捷、稳定、便利的梯度功能材料的制备方法有很大的应用价值和技术意义。
[0003]梯度材料常见的制备方法有化学气相沉积法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、粉末冶金法、激光熔覆合成法、离心铸造法、颗粒梯度排列法等。
[0004]化学气相沉积装置简单，可在较低温度下制备各种耐熔金属和化合物薄膜，薄膜材料易于获取，成分容易控制，易于制备形状复杂的零件，但沉积效率较低，同时会造成一定的污染。等离子喷涂作为一种较先进的热喷涂方法，在加热过程中基体不易变形，涂层致密结合强度高，可以加工一些高熔点、高硬度的粉末，惰性气体的保护又减少了氧化等杂质的产生，但对喷涂材料的质量要求较高，载气价格昂贵。自蔓延高温合成加工过程简单，加工时间短，生产效率高，产物纯度高且能耗少。其缺点是不同组分材料发热量有差异，烧结程度不同自蔓延过程难以控制，且产物疏松，进而影响材料的致密度。该法只适合生成热大的化合物合成，可以应用的合金系非常有限。粉末冶金法的优点是操作简单，易于控制，适于工业化生产且可制备大尺寸的梯度功能材料，其缺点为梯度材料的尺寸受模具限制，物料层与层之间组分变化连续性不好，不同组分间的界面难以完全消除等。激光熔覆合成工
艺简单、快速、效率高,适合材料的表面改性；其缺点是梯度的变化难以控制，熔池温度和冷却条件对制备的梯度材料性质影响较大。离心铸造法的优点是设备简单，生产效率高，可以批量生产，成本低，可以制备高致密度、大尺寸的梯度功能材料；但不能制备高熔点的陶瓷系梯度材料，且两组分必须有密度差，一般仅适用于圆筒类铸件。颗粒梯度排列法可制备大体积的产品，但工艺较复杂，工件容易存有间隙且尺寸往往受模具的限制。
[0005]传统的梯度材料制备方法难以做到近净成形，CN112676681A公开了一种增材制造梯度材料横向均匀过渡制造方法，该方法采用热源沿着材料母材匀速移动，在移动的过程中不断加入另外一种材料，通过加速和减速实现加热烧结，使材料融合充分，但对两种材料的热膨胀系数产生一定的影响，易造成材料结合处的开裂。N202110719736.4公开了一种成分连续变化的钨铜功能梯度材料及其制备方法，将可控比例的钨前驱体溶液和铜前驱体溶液喷入喷雾热解炉，得到组分变化连续的钨、铜氧化物复合粉体，通过还原、压制、烧结即得到组分变化连续的钨铜功能梯度材料，但工艺较复杂。CN201911298039.5公开了一种基于非晶合金的仿生抗冲击多层复合梯度材料制备方法，通过选择性激光熔融成形技术制备该仿生抗冲击多层复合梯度材料，材料抗冲击性能好，但成本较高；为此提供了一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，以解决上述
技术介绍
提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，使用机械搅拌的方式制备不同混合比例的铜
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铝合金粉末，采用冷等静压成型技术对按梯度排布的粉末坯体进行振荡致密、挤压，通过冷等静压制备出铜
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铝梯度坯体后，采用等径角挤压、热处理制备出铜
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铝梯度材料；
[0008]具体方法如下：
[0009]S1：首先使用机械搅拌的方式制备不同混合比例的铜
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铝合金粉末；
[0010]S2：梯度排布的粉末坯体的制备：在各份不同混比的铜铝粉末混合均匀后，通过程序设置好路径，产生的数据用于控制铺粉量，使用预先处理好的针筒将各个混合粉末按照预先设计的梯度层逐一铺附在橡胶管中，振荡致密后，使用软塞密封，制得铜
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铝梯度复合粉末坯体的橡胶包；
[0011]S3：冷等静压成型方法：通过通入的液压油对装有铜
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铝梯度复合粉末的橡胶包套进行加压处理最终得到压制好的铜铝梯度接头坯体；
[0012]S4：将铜铝梯度接头坯体打磨，然后装入等径角挤压模具中，将温度提高至430℃后进行挤压，最后对等径角挤压后的梯度材料进行热处理500℃退火2h以及水冷处理，得到高材料力学性能的焊接接头。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S3中进行冷等静压前采用超声波清洗机对冷等静压模具进行清洗，避免模具内部的杂质对铜
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铝梯度材料的制备过程造成影响。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S2中的梯度排布的粉末坯体：在逐层按梯度铺粉时，随着沉积高度的增加，所预铺的合金粉末中铜含量逐渐增多，铜铝比例从0：100逐渐增加直至100：0，直至变为纯铜，依次铺设6
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10种不同铜铝比例的同铝合金粉末。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S2中为避免因铜
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铝梯度混合粉末松装而造成的冷等静压坯料变形，使用振动平台对铜
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铝梯度复合粉末进行振实；手动设置振动平台的振动频率为35Hz，设置振动时间为90s，在混合粉末振实后，再采用冷等静压的方法对铜
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，其特征在于：使用机械搅拌的方式制备不同混合比例的铜
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铝合金粉末，采用冷等静压成型技术对按梯度排布的粉末坯体进行振荡致密、挤压，通过冷等静压制备出铜
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铝梯度坯体后，采用等径角挤压、热处理制备出铜
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铝梯度材料；具体方法如下：S1：首先使用机械搅拌的方式制备不同混合比例的铜
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铝合金粉末；S2：梯度排布的粉末坯体的制备：在各份不同混比的铜铝粉末混合均匀后，通过程序设置好路径，产生的数据用于控制铺粉量，使用预先处理好的针筒将各个混合粉末按照预先设计的梯度层逐一铺附在橡胶管中，振荡致密后，使用软塞密封，制得铜
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铝梯度复合粉末坯体的橡胶包；S3：冷等静压成型方法：通过通入的液压油对装有铜
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铝梯度复合粉末的橡胶包套进行加压处理最终得到压制好的铜铝梯度接头坯体；S4：将铜铝梯度接头坯体打磨，然后装入等径角挤压模具中，将温度提高至430℃后进行挤压，最后对等径角挤压后的梯度材料进行热处理500℃退火2h以及水冷处理，得到高材料力学性能的焊接接头。2.根据权利要求1所述的一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，其特征在于：所述S3中进行冷等静压前采用超声波清洗机对冷等静压模具进行清洗，避免模具内部的杂质对铜
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铝梯度材料的制备过程造成影响。3.根据权利要求1所述的一种铜铝梯度合金海底电缆焊接接头的制备方法，其特征在于：所述S2中的梯度排布的粉末坯体：在逐层按梯度铺粉时，随着沉积高度的增加，所预铺的合金粉末中铜含量逐渐增多，铜铝比例从0：100逐渐增加直至100：0，直至变为纯铜，依次铺设6
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10种不同铜铝比...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺毅强，顾航，董凯，李淼淼，左立杰，冯文，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：