[發(fā)明專利]用于焊接至少兩個(gè)層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380021059.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN104284750B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 帕斯卡·雅克;卡米爾·萬德瑞斯特;奧德·斯馬爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 魯汶大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12;B23K20/227;B23K20/26
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11446
• 代理人: 王美石,武玉琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在至少第一接合表面上將至少兩個(gè)層焊接在一起的方法。

背景技術(shù)

在1991年，焊接研究所研發(fā)了被稱為攪拌摩擦焊(FSW)的技術(shù)，用于連接難以由常規(guī)的熔焊焊接的金屬合金。沿需要連接的兩個(gè)夾緊塊之間的對(duì)接接頭平移具有栓的旋轉(zhuǎn)工具。旋轉(zhuǎn)栓穿透兩個(gè)塊，經(jīng)攪拌的材料(通常是金屬材料)不熔融而軟化。該過程涉及基礎(chǔ)材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。FSW是固態(tài)連接工藝：待連接的兩個(gè)塊的兩種材料在該工藝過程中不熔融。

搭接攪拌摩擦焊(FSLW)是FSW的一種應(yīng)用，用于連接通常是金屬層的至少兩個(gè)層(例如，見R.S.Mishra等，Mater.Sci.Eng.R 50(2005),1-78)。對(duì)于FSW，在該技術(shù)中使用具有栓的旋轉(zhuǎn)工具以機(jī)械混合不同層的材料。因此，F(xiàn)SLW也是一種固態(tài)連接工藝。如Zhang Guifeng(張貴鋒)等所報(bào)告(Metall.Mater.Trans.A Vol 42,Issue 9,pp.2850-2861)，F(xiàn)SLW顯示出幾個(gè)缺陷，例如，引起沿連接的不同層之間的交界面的孔隙。旋轉(zhuǎn)工具的栓必須穿透不同層以在不同層之間機(jī)械混合而在該工藝中也會(huì)大大損壞。使用不帶栓的旋轉(zhuǎn)工具可能會(huì)防止栓的磨損，但是這樣不同層之間的機(jī)械混合會(huì)差，從而導(dǎo)致連接強(qiáng)度非常差。

因此，Zhang Guifeng(張貴鋒)等在Metall.Mater.Trans.A Vol 42,Issue9,pp.2850-2861中提出了一種工藝，名為攪拌摩擦釬焊(FSB)。在該工藝中，在頂層的上表面使用并平移不帶栓的旋轉(zhuǎn)工具。釬焊層放置在待連接的兩個(gè)層之間。因?yàn)閆n的熔點(diǎn)低，通常選擇Zn箔作為釬焊層。在Zhang Guifeng(張貴鋒)等的公開內(nèi)容中，Zn箔用來將鋁(Al)層連接到鋼層。Al層是頂層，意味著旋轉(zhuǎn)工具在Al層的上表面上平移。當(dāng)在頂層的上表面上按壓并平移旋轉(zhuǎn)工具(不帶栓)時(shí)，通過摩擦在旋轉(zhuǎn)工具下方產(chǎn)生熱量。該熱量導(dǎo)致Zn箔的熔化，從而連接(該特定情形中的Al和鋼)兩個(gè)層。為了使Zn箔在它的整個(gè)厚度上完全熔化，Zn箔的厚度必須小(通常約為0.1mm)。如Zhang Guifeng(張貴鋒)等的公開內(nèi)容所示和說明的那樣(例如，圖3以及段落III.A，D)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)工具在頂層的上表面上平移引起Zn箔熔化時(shí)，大量Zn被旋轉(zhuǎn)工具擠出。

FSB需要待連接的兩個(gè)層之間存在釬焊層。該釬焊層通常是Zn層。這導(dǎo)致不同的缺陷。首先，因?yàn)樾枰~外的材料，成本增加。其次，釬焊層的存在引起待連接的兩個(gè)層的污染，特別是當(dāng)隨后對(duì)多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理時(shí)。

WO2010/067796A1描述了將熱塑性聚合物層與金屬層連接的方法。將這兩個(gè)部件重疊，從金屬部件側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)摩擦攪拌工具，通過摩擦熱連接兩個(gè)部件：在聚合物通過摩擦熱熔融后，在溫度下降時(shí)樹脂沿接合表面與金屬部件融合，從而形成交界面接合。WO2010/067796A1的連接方法顯示出多個(gè)缺陷。在兩個(gè)層之間的交界面接合表面，沿兩個(gè)層的厚度方向的性能(例如，熱導(dǎo)率、電阻)在交界面處呈現(xiàn)明顯間斷性。在很多應(yīng)用中，這種間斷性的性能是不希望的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致跨越整個(gè)厚度的差的整體性能。而且，兩個(gè)層之間的清晰交界面會(huì)引起兩個(gè)層之間接合的弱的機(jī)械阻力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種連接至少兩個(gè)層的方法，在兩個(gè)層之間的接合表面產(chǎn)生改進(jìn)的連續(xù)性。為此，發(fā)明人提出了如下的方法。一種在至少第一接合表面上將至少兩個(gè)層焊接在一起的方法，其包括如下步驟：

(a)提供第一材料的第一層，所述第一材料具有第一熔化溫度T_m,1，所述第一層具有由第一層的厚度t₁隔開的上表面和下表面；

(b)提供第二材料的第二層，所述第二材料具有第二熔化溫度T_m,2，T_m,2低于第一熔化溫度T_m,1，所述第二層具有由第二層的厚度t₂隔開的上表面和下表面；

(c)通過堆疊第一層和第二層形成層疊件，使得第一層的下表面接觸并至少部分地與第二層的上表面重疊以形成交界面；

(d)在第一層的上表面的至少一個(gè)摩擦部分上按壓和平移，其中，與所述摩擦部分對(duì)應(yīng)的交界面的部分限定了第一接合表面，旋轉(zhuǎn)工具通過摩擦提升第一層的上表面的所述至少一個(gè)摩擦部分的溫度，并通過第一層的厚度t₁將熱量傳到第二層，從而使得包含在所述第一接合表面中的第二層的上表面的至少一部分所達(dá)到的溫度高于第二熔化溫度T_m,2；