[發(fā)明專利]半釬焊半擴(kuò)散焊連接方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210116848.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN102615442A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒家生;許祥平;嚴(yán)鏗;高飛;劉歡;馮俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02
• 代理公司: 鎮(zhèn)江京科專利商標(biāo)代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及異種材料的連接，具體是一種用于連接陶瓷與金屬/金屬間化合物、硬質(zhì)合金與金屬/金屬間化合物的半釬焊半擴(kuò)散焊連接方法。

背景技術(shù)

采用異種材料制作的焊接結(jié)構(gòu)，不僅能滿足不同工作條件對(duì)材質(zhì)提出不同要求，而且可節(jié)約大量的貴重材料，降低成本，發(fā)揮不同材料的性能優(yōu)勢(shì)。異種材料焊接結(jié)構(gòu)在機(jī)械、化工、電力、核工業(yè)和航天航空等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，異種材料的焊接也越來越受到重視。從材料的組合和特點(diǎn)來看，異種材料的分類和焊接組合主要包括異種鋼的焊接、鋼與有色金屬的焊接、異種有色金屬的焊接、金屬與非金屬的焊接四種情況。

結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等獨(dú)特性能，但其脆性大、強(qiáng)度分散和加工困難等缺點(diǎn)，限制了它作為整體機(jī)構(gòu)在工程中的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷與金屬的連接，對(duì)擴(kuò)展陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

陶瓷與金屬的連接主要是活性釬焊和擴(kuò)散焊，此外還有部分瞬間液相連接和二次PTLP等新方法。由于陶瓷和金屬的物理化學(xué)性能存在較大差異，特別是兩種材料間的熱膨脹系數(shù)差別較大，接頭在冷卻過程中由于收縮不均勻造成較大的殘余應(yīng)力，使連接強(qiáng)度大大降低。嚴(yán)重者自行開裂，甚至成為結(jié)構(gòu)損壞的直接或間接原因，由于金相組織的變化以及新生成的物相結(jié)構(gòu)或化合物，可使焊接接頭的性能惡化，接頭力學(xué)性能較差，特別是塑性和韌性明顯下降。

活性釬料的研究與開發(fā)是發(fā)展陶瓷與金屬/金屬間化合物釬焊的一項(xiàng)重要內(nèi)容。國內(nèi)熊柏青、楚建新等研究表明添加中間層可有效控制殘余熱應(yīng)力對(duì)Si₃N₄/金屬釬焊接頭性能的影響；翟陽、任家烈等使用非晶態(tài)合金作中間層擴(kuò)散連接Si₃N₄與40Cr鋼，但連接強(qiáng)度不高；何鵬、馮吉才、錢乙余等研究了Si₃N₄陶瓷與不銹鋼材料擴(kuò)散連接接頭的殘余應(yīng)力的分布特征及中間層的作用，但接頭強(qiáng)度較低。以上對(duì)Si₃N₄與金屬的連接能有效減低接頭殘余應(yīng)力，但均存在接頭強(qiáng)度低而無法滿足工程實(shí)際應(yīng)用的要求。

硬質(zhì)合金是以高硬度的，難熔金屬的碳化物（如TiC，WC，TaC，NbC等）為基，加入粘結(jié)金屬（如Co，F(xiàn)e，Ni，Mo等），通過粉末冶金方法制成的合金材料。硬質(zhì)合金與金屬的物理性能差別較大，對(duì)連接性能影響最大的是二者線膨脹數(shù)的差異，如硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)為(4.5~7)×10^-6/℃，而45#鋼線膨脹系數(shù)為11.65×10^-6/℃，可見二者的線膨脹系數(shù)相差較大，因此在連接接頭易引起內(nèi)應(yīng)力。一般僅為金屬材料的一半左右，當(dāng)硬質(zhì)合金與這類材料焊接時(shí)，會(huì)在接頭中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，若超過硬質(zhì)合金的抗拉強(qiáng)度，便會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)合金開裂，二是由于硬質(zhì)合金材料的特殊性，釬料對(duì)基體材料的潤濕性不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠連接陶瓷與金屬/金屬間化合物、硬質(zhì)合金與金屬/金屬間化合物，并可緩解接頭殘余應(yīng)力，提高接頭強(qiáng)度的半釬焊半擴(kuò)散焊連接方法。

本發(fā)明的半釬焊半擴(kuò)散焊連接方法是：在陶瓷或硬質(zhì)合金母材與金屬或金屬氧化物母材之間依次設(shè)置工業(yè)級(jí)釬料和純金屬中間層，在真空中進(jìn)行焊接連接。

所述的工業(yè)級(jí)釬料熔化溫度低于所述的純金屬中間層；所述的工業(yè)級(jí)釬料和所述的純金屬中間層都能潤濕與之連接的母材；連接溫度低于所述的純金屬中間層熔點(diǎn)高于所述的工業(yè)級(jí)釬料熔化溫度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：?

(1)工業(yè)級(jí)釬料對(duì)陶瓷/硬質(zhì)合金表面的潤濕性能好，可以用來釬焊所述的純金屬中間層與陶瓷/硬質(zhì)合金；而純金屬中間層在同樣的連接溫度下可以與金屬/金屬間化合物實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接，通過半釬焊和半擴(kuò)散焊連接獲得穩(wěn)定可靠的接頭。綜合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。

(2)?由于本發(fā)明中所述的純金屬中間層材料沒有完全熔化，起到了梯度作用，緩解了接頭中存在的內(nèi)應(yīng)力，接頭不會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，連接強(qiáng)度高；

(4)?本發(fā)明工藝簡單、實(shí)施方便、獲得的陶瓷與金屬/金屬間化合物、硬質(zhì)合金與金屬/金屬間化合物接頭性能穩(wěn)定可重復(fù)再現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的半釬焊半擴(kuò)散連接方法應(yīng)用材料的構(gòu)造示意圖。

圖中：1.陶瓷或硬質(zhì)合金；2.?釬料；3.純金屬中間層；4.金屬或金屬間化合物。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一：