[發明專利]鋁基復合材料的原位強化活性液相擴散焊方法及其所用的Al-Cu-Ti系三元活性釬料

有效

• 申請號: 201110356359.9
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102489805A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張貴鋒;廖先金;張建勛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K35/28;B23K35/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明涉及鋁基復合材料焊接方法及其所用焊接材料——釬料。尤其是提出了一種采用含有升熔型活性元素的三元活性釬料的“原位強化活性液相擴散焊”(In?situ?A-TLP)方法；并循其思路，給出了可實現該新工藝的Al-Cu-Ti系三元活性釬料的成分設計結果及其制備方法。?

背景技術：

隨著鋁基復合材料制備的低成本技術日益成熟，鋁基復合材料的商用范圍漸趨廣泛。目前的主要制備方法有：攪拌鑄造，擠壓鑄造，無壓浸滲，粉末冶金法等。其中攪拌鑄造因成本低、易操作而廣為接受。SiCp/ZL101鋁基復合材料因為其復合系潤濕性良好，故可用攪拌鑄造或擠壓鑄造制備，具有低成本的優勢，為常見鋁基復合材料之一。為其開發合適的焊接方法與焊接材料顯得更具有工程應用價值。由于鋁基復合材料本身的顆粒增強相的存在嚴重影響了鋁基復合材料的可焊性，對常用的焊接工藝和釬料提出了更高的挑戰。此外，ZL101的合金型基體也要求新設計釬料的熔點應比常用Al-12Si釬料的熔點要低。?

首先，鋁基復合材料采用傳統的熔焊方法(電弧焊，激光焊，電子焊等工藝)時，在可焊性方面存在的主要問題有：?

(1)陶瓷增強相與金屬界面間(R/M)易發生有害界面反應：以增強相SiC的鋁基復合材料為例，其反應產物為針狀、脆性、易吸潮的Al₄C₃。采用相對穩定的Al₂O₃陶瓷增強相，在877℃以上時易發生反應生成有害的氣態低價化合物Al₂O，嚴重惡化了接頭的性能。?

(2)顆粒偏聚與空洞：在采用傳統的焊接方法焊接鋁基復合材料時，由于陶瓷增強相顆粒與金屬(由釬料與金屬基體混合而成)的潤濕性不良而導致陶瓷增強相顆粒的偏聚；同時在陶瓷顆粒的偏聚區中心由于潤濕性不良，在金屬液難以填充的區域形成空洞。陶瓷顆粒的偏聚區和空洞都是潛在的裂紋源。?

(3)熔池粘度高，易出現氫氣孔：采用傳統焊接方法焊接鋁基復合材料，熔池粘稠，流動性差，使得熔池中的氣體溢出困難，最后殘留在釬縫中心而形成?氣孔。?

為避免傳統熔焊方法中的P/M界面的有害反應，在1990s國外(日、美、英、加等國)出現了大量采用純Cu作中間層的過渡液相擴散焊(TLP：Transient?Liquid?Phase?bonding)的報道[1]。TLP工藝的主要優點在于：與熔焊方法相比，因溫度低而無P/M界面的有害反應；與釬焊相比，無需任何釬劑亦能良好去膜。但傳統TLP工藝存在以下主要問題：一是顆粒偏聚；二是焊接區陶瓷顆粒/金屬基體的界面(稱為二次P/M界面)的致密性因潤濕性差而變差；三是在焊接面處因液相流失而易形成溝槽導致應力集中。對于顆粒偏聚與界面溝槽主要通過降低Cu箔的厚度解決；對于二次P/M界面潤濕性的改進研究報道極為罕見。為此，申請者提出了采用Cu-Ti系中間層的活性液相擴散焊(A-TLP：Active-Transient?Liquid?Phase?bonding)的工藝[2]。雖然申請者前期研發的A-TLP工藝對焊接區二次P/M界面潤濕性有所改進，但這種二元合金系也存在一些問題，如所需擴散時間長(通常在1h以上)；顆粒偏聚與焊口周邊缺口難以徹底消除等。?