[發(fā)明專利]鋁合金及鋁基復(fù)合材料表面半固態(tài)攪拌涂覆釬料方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110110814.7
• 申請(qǐng)日: 2011-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102179588A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許惠斌;李彥;羅泉祥;李春天;羅怡;杜長(zhǎng)華;陳軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K1/20
• 分類號(hào): B23K1/20;B23K103/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種釬料涂層覆方法。

背景技術(shù)

高比強(qiáng)度、高尺寸穩(wěn)定性的新型航天結(jié)構(gòu)材料是減輕航天器重量、提高航天器發(fā)射能力和提高武器裝備瞬時(shí)應(yīng)急特性的基礎(chǔ)。鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比彈性模量、高尺寸穩(wěn)定性、較好的耐磨性能等優(yōu)點(diǎn)，在航天領(lǐng)域和武器裝備領(lǐng)域具有重大潛在的使用價(jià)值，同時(shí)也是當(dāng)前我國(guó)新材料基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)。但是，鋁基復(fù)合材料欲在航天、武器裝備及民品上進(jìn)一步推廣應(yīng)用，就必須解決其二次加工技術(shù)問(wèn)題，特別是一些復(fù)雜構(gòu)件的焊接技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它技術(shù)的研究，成為該種材料走向?qū)嵱没钠款i，因此深入研究鋁基復(fù)合材料焊接中的科學(xué)問(wèn)題是非常必要的。

鋁基復(fù)合材料的焊接研究之所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它二次加工技術(shù)是因?yàn)樵摬牧系奶厥饨Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其焊接性很差，增強(qiáng)相與基體在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異是焊接的主要難點(diǎn)。目前，美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)等西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在鋁基復(fù)合材料焊接方面開(kāi)展了大量的研究工作，但也僅限于連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接得到了應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)外顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接還僅是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行研究，如電弧焊、激光焊、釬焊、擴(kuò)散焊、瞬時(shí)液相焊等，其中釬焊和瞬時(shí)液相焊由于可將焊接溫度控制在基體與增強(qiáng)相不發(fā)生反應(yīng)的范圍內(nèi)，避免了熔化焊高溫帶來(lái)的增強(qiáng)相燒損和界面反應(yīng)的問(wèn)題，被認(rèn)為較適于該種材料的焊接的方法，近幾年國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面研究的報(bào)道也最多。

但是,在上述的連接工藝過(guò)程中,為了使得復(fù)合材料的基體與基體或填充材料與基體形成冶金連接,焊前必須清理焊件表面氧化膜,焊接過(guò)程必須在真空環(huán)境下進(jìn)行，而且依靠壓力變形破碎表面新生氧化膜。很多種焊接方法都達(dá)不到期望的結(jié)果，而人們常用的釬焊方法也存在有接頭強(qiáng)度受釬料限制的問(wèn)題，使得鋁基復(fù)合材料的焊接性能達(dá)不到預(yù)期效果。

現(xiàn)有的釬料放置有以下方式：

l、預(yù)置釬料涂層：將釬料制作成片狀或條狀，放入兩個(gè)被焊物中間或旁邊，利用毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)行連接。此方法工藝繁瑣不方便。

2、熔化焊涂覆：因本身高溫熔化使鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)相與基體合金發(fā)生較強(qiáng)烈的界面反應(yīng)，惡化母材的性能，并因在高溫時(shí)某些增強(qiáng)相（如SiC）與基體Al在較大的溫度范圍內(nèi)熱力學(xué)不穩(wěn)定，熔化焊涂覆高溫下有害的界面反應(yīng)不可避免，進(jìn)一步惡化接頭的性能。

3、超聲波涂覆：超聲波技術(shù)應(yīng)用于某些鋁合金及鋁基復(fù)合的涂覆及鋁的軟釬焊中，但超聲波功率發(fā)生器的制造復(fù)雜，成本較高。涂覆時(shí)間較短時(shí)，氧化膜去除不徹底；但涂覆時(shí)間太長(zhǎng)則易造成母材的溶蝕，同樣對(duì)涂覆質(zhì)量不利，所以很難控制涂覆的工藝參數(shù)。

4、火焰涂覆：使用可熔融涂層材料對(duì)待涂覆物體執(zhí)行涂覆的方法，此方法需要釬料與基體有較好的潤(rùn)濕鋪展，但可熔涂層易被氧化，由于Al2O3的阻隔，涂覆層的質(zhì)量較差。

5、刮擦釬料涂覆：缺點(diǎn)是周期較長(zhǎng)、對(duì)氧化膜的去除是不均勻的，在氧化膜去除不徹底的地方，涂覆層容易脫落。

6、旋轉(zhuǎn)摩擦表面涂覆：利用旋轉(zhuǎn)摩擦頭刮擦基體表面，使得基體露出新鮮的金屬表面，液態(tài)釬料覆蓋在已破氧化膜的金屬表面，防止二次氧化，但其涂覆釬料的溫度較高，且破壞基體自身的厚度，易將摩擦的基體金屬屑帶入釬料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在周期較長(zhǎng)、易生成A1₄C₃脆性化合物、氧化膜去除不徹底的問(wèn)題，以及設(shè)備昂貴、成本很高、焊件尺寸形狀也很受限制等缺點(diǎn)，而提出了一種鋁合金及其復(fù)合材料半固態(tài)旋轉(zhuǎn)涂覆釬料方法，采用的是摩擦頭不接觸基體，而是依靠半固態(tài)釬料的固相顆粒去擠壓基體，從而達(dá)到破膜和連接的目的，并且涂覆溫度較低為涂覆材料的半固態(tài)區(qū)間。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鋁合金及其復(fù)合材料半固態(tài)旋轉(zhuǎn)涂覆釬料方法，其步驟如下：

步驟一：通過(guò)控溫系統(tǒng)E和加熱系統(tǒng)R使鋁基復(fù)合材料或鋁合金材料A加熱至釬料半固態(tài)溫度，將釬料置于鋁基復(fù)合材料或鋁合金材料A的待焊面上熔化形成預(yù)置釬料B。

步驟二：將耐高溫金屬攪拌摩擦頭C直接插入釬料中,?且與鋁基復(fù)合材料或鋁合金材料A的待焊面保持距離0.1~1mm，使得高溫金屬攪拌摩擦頭C預(yù)熱至釬料溫度。

步驟三：旋轉(zhuǎn)耐高溫金屬攪拌摩擦頭C，使其粗糙端面帶動(dòng)半固態(tài)釬料，使得固相成分?jǐn)D壓以至破碎鋁基復(fù)合材料或鋁合金材料A氧化膜，在破碎氧化膜的同時(shí)，液相部分覆蓋在基體表面，并且鋁基復(fù)合材料或鋁合金材料A與耐高溫金屬攪拌摩擦頭C之間進(jìn)行勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成釬料涂覆層D，釬料涂覆層D保護(hù)被去除氧化膜的金屬不被第二次氧化，直至整個(gè)待焊表面處理完畢。