[發明專利]一種Mg2Si增強鎂基復合材料連接方法

無效

• 申請號: 201410088687.9
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103862160A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 谷曉燕;孫大千;谷曉鵬;王慧遠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/24;B23K20/233
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全;胡景陽

技術領域

本發明涉及一種新型材料領域的連接方法，更確切地說，本發明涉及一種Mg₂Si增強鎂基復合材料連接方法。

背景技術

隨著能源緊缺和環境污染問題日益加劇，輕量化、節能、環保已成為當今工業發展的必然趨勢。目前，輕量化材料的應用是輕量化的實現途徑之一。鎂合金及鎂基復合材料可替代高分子材料以滿足電子產品的輕、薄、小型化，高集成度以及環保方面的要求，被譽為“21世紀綠色工程金屬材料”和“最重要的商用輕質材料”，在航空航天、行走機械、3C（電腦Computer、通訊Communication和消費性電子Consumer?Electronic）等工業領域具有廣闊的應用前景。但是，鎂合金的綜合力學性能較低，制約了其廣泛應用。復合材料為強化鎂合金的各項性能提供了一個良好的途徑。Mg₂Si作為Mg-Si二元合金系統中穩定的金屬間化合物，具有熔點高、密度低、硬度高，熱膨脹系數低，彈性模量高等優異的綜合性能，可顯著改善鎂合金高溫抗拉性能和蠕變性能，是較為理想的一類增強相，其增強作用類似于陶瓷增強相。對Mg-Si合金進行變質處理，可獲得具有理想Mg₂Si結構的Mg₂Si增強鎂基復合材料。對Si的質量百分含量為3%的Mg-3Si合金進行變質處理，可獲得Mg₂Si結構的Mg₂Si增強鎂基復合材料；對Si的質量百分含量為0.5%的Mg-0.5Si合金進行變質處理，可獲得Mg₂Si結構的Mg₂Si增強鎂基復合材料。

任何先進材料的廣泛應用不僅取決于其自身的性能特點，而且也依賴于連接（焊接）等材料成型技術的進步。如果不能解決材料連接（焊接）的關鍵技術問題，材料的廣泛應用將受到制約和限制。由于復合材料基體與增強相之間物理、化學性能差別較大，造成復合材料復雜的宏觀和微觀結構，獲得良好接頭的難度很大。Mg-Si合金系統中含Si量不同，所獲得的Mg₂Si增強鎂基復合材料起增強作用的Mg₂Si化合物形態和大小也不相同。Mg₂Si與Mg可形成共晶體（Mg+Mg₂Si），該共晶體熔點為638℃，傳統的熔化焊焊接方法（例如手工電弧焊、氬弧焊）焊接溫度超過5000K，將會導致Mg₂Si熔化，另外初生Mg₂Si在高溫條件下易與Mg，Al等多種元素發生化學反應，這些都將嚴重影響接頭性能。

瞬間液相擴散連接（TLP連接）是通過在兩個待連接母材表面之間放入中間層材料，當連接件在連接溫度下保溫時，中間層中溶質原子快速擴散到母材金屬中，使母材端面微區的熔點降低并發生瞬時熔化；同時母材中的高熔點元素向已為液相的中間層中擴散，使中間層合金的熔點升高，隨后發生等溫凝固而完成連接過程，它可以形成同母材成分、組織和力學性能相近的接頭。TLP連接時，瞬間液相的形成有兩種方式：一是利用中間層與母材發生共晶反應，中間層主要為純金屬；二是利用中間層自身的熔化，中間層主要為低熔點的合金。TLP連接時，液相層的形成取決于界面處低熔點共晶的形成，而界面處低熔點共晶的形成取決于中間層材料的選擇。因此，TLP連接中間層選取的主要原則是要求中間層含有能夠與母材形成低熔點共晶的溶質原子，且溶質原子在液、固相中有較大溶解度和擴散速度，另外中間層材料還應該具有一定的塑性。TLP連接能夠有效去除氧化膜、連接溫度低、連接壓力小、可得到組織及性能與母材接近的接頭，是Mg₂Si增強鎂基復合材料較理想的連接方法。研發的Mg₂Si增強鎂基復合材料TLP連接技術具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的連接時Mg₂Si燒損的問題，提供了一種Mg₂Si增強鎂基復合材料連接方法。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的，結合附圖說明如下：

本發明提供一種Mg₂Si增強鎂基復合材料連接方法，該方法針對Mg₂Si增強鎂基復合材料的焊接性問題，基于瞬間液相擴散過程中的熱（溫度）、力（壓力）、時間等參數對接頭硬度、拉剪強度的影響規律，設計了以純Cu、純Al、純Ni作為中間層的Mg₂Si增強鎂基復合材料瞬間液相擴散焊接方法。

一種Mg₂Si增強鎂基復合材料連接方法，包括以下步驟：