[發(fā)明專利]一種異種金屬兩步式雙溫瞬間液相連接方法

無效

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• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102303191A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛光敏;袁新建;趙國際;劉蒙恩;羅軍;吳莉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: B23K28/00
• 分類號: B23K28/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及兩金屬間的連接方法，具體指一種用于異種金屬間連接的兩步式雙溫瞬間液相（TLP）連接方法，本方法有效解決了物理、化學和冶金性能差異顯著的兩異種材料間的連接，特別是解決了熔點差值達300~700℃的異種金屬間的連接問題。

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背景技術(shù)

瞬間液相（簡稱TLP）擴散連接是在擴散焊工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種焊接方法，與常規(guī)擴散焊相比，TLP連接時對待焊接工件表面制備要求較低、焊接時間較短、接頭質(zhì)量及穩(wěn)定性較高。通常情況下，TLP連接是指在被焊金屬表面間加入中間層合金，依靠中間層合金在焊接過程中發(fā)生熔化或是與母材之間發(fā)生共晶反應(yīng)產(chǎn)生過渡液相并在保溫的過程中凝固，中間層與焊件界面間原子相互擴散形成焊接接頭的一種連接工藝，其連接過程一般可以分為三個階段：

（1）形成液相。將中間層材料置于焊件間并施加一定預壓力以使焊件與中間層材料緊密接觸；在真空或保護氣氛條件下加熱焊件到設(shè)定溫度使中間層液化并填滿間隙。

（2）等溫凝固。當液相形成并填滿對接間隙后對焊件進行保溫以保證液固相之間進行充分擴散。在此過程中，伴隨著液相中使熔點降低的元素向母材中的大量擴散，母材中的元素向液相中溶解，因此使液相的熔點逐步升高而凝固，最后形成連接。由于液相的凝固過程是在保溫中完成的，故被稱為等溫凝固。

（3）接頭均勻化。為獲得成份和組織均勻化的接頭，通常通過繼續(xù)保溫一段時間來促進界面間元素擴散以保證和提高連接性能。

TLP工藝結(jié)合了釬焊和固相擴散焊的優(yōu)點，生產(chǎn)率高、焊接時間短，接頭強度高，沒有明顯的界面和焊接殘留物，通過成分均勻化處理可以得到組織成分均勻且性能同母材相近的接頭，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

TLP連接技術(shù)用于異種材料連接具有獨特優(yōu)勢，已經(jīng)得到了廣泛的認可和應(yīng)用。但是在實際工業(yè)應(yīng)用中，經(jīng)常會出現(xiàn)物理、化學和冶金性能差異顯著的兩異種材料間的連接，有的異種金屬間的熔點差值甚至高達300~700℃。對于這種情況，采用常規(guī)一步式的TLP連接技術(shù)對這樣兩異種材料進行連接時，由于焊件材料性質(zhì)尤其是熔點差異大，導致焊接溫度高時雖能實現(xiàn)較高熔點焊件焊合但同時會引起低熔點母材的熔化或燒損，焊接溫度低時又會導致較高熔點焊件與中間層界面間難以實現(xiàn)TLP連接的問題。因此目前對差異顯著的兩異種材料間的連接還無能為力，只能進行差異較小的兩異種材料間的連接。

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發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用瞬間液相對兩異種金屬進行連接的方法，本方法有效解決了物理、化學和冶金性能差異顯著的兩異種金屬材料間的連接。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種異種金屬兩步式雙溫瞬間液相連接方法，兩異種金屬間的熔點差值為300~700℃，選用的中間層與高熔點母材間的共晶溫度比中間層與低熔點母材間的共晶溫度高100~400℃；其連接步驟為：

1）先在溫度T1下利用瞬間液相連接方法將中間層一端與高熔點母材焊合，溫度T1高于中間層與高熔點母材間的共晶溫度5~30℃；

2）然后在溫度T2下利用瞬間液相連接方法將中間層另一端與低熔點母材焊合，從而通過中間層實現(xiàn)兩異種金屬間的連接；溫度T2比中間層與低熔點母材間的共晶溫度高5~30℃同時低于低熔點母材熔點溫度。

所述中間層分別與兩異種金屬具有較低的共晶溫度。

所述溫度T1比溫度T2高100~400℃。

第1）步和第2）步的瞬間液相連接過程在真空或惰性氣體保護氣氛中進行，并在中間層和母材間施加大小為0.2~0.5MPa的恒定載荷以緊固焊件及促進連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明可用于物理、化學和冶金性能差異顯著的異種金屬間連接，在保證高熔點母材與中間層間實現(xiàn)連接和充分擴散的同時，可以防止較低熔點母材在焊接過程中發(fā)生熔化與燒損，從而實現(xiàn)異種金屬焊件間的有效連接。

2.本發(fā)明通過選用分別與兩焊件基體元素具有較低共晶溫度的金屬材料作為中間層，可用于熔點差值為300~700℃的異種金屬間的連接。

3.本發(fā)明利用兩步式雙溫瞬間液相（TLP）方法連接異種金屬，采取兩步雙溫連接方法：先在較高溫度條件下利用TLP連接方法將中間層與高熔點母材焊合以保證連接效果；然后在低于另一母材熔點的焊接溫度條件下，再次利用TLP連接方法將中間層與熔點較低的母材焊合。在兩次TLP連接工藝過程中，中間層分別與兩焊件之間產(chǎn)生液相填充對接間隙并發(fā)生元素相互擴散，最終實現(xiàn)兩母材間的有效連接。