[發(fā)明專利]一種多孔金屬基體復(fù)合釬料合金釬焊接頭的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410398348.0
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104191057A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玲;符永高;肖勇;李明雨;萬超;杜彬;趙新;胡嘉琦;王子祺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電器科學(xué)研究院有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: B23K1/08
• 分類號: B23K1/08;B23K1/06;B23K1/19
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于釬焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔金屬基體復(fù)合釬料合金釬焊接頭的制備方法。

背景技術(shù)

工業(yè)應(yīng)用要求的不斷提高，以及新材料的不斷涌現(xiàn)，對材料的連接技術(shù)提出了更高的要求。釬焊工藝是一種很有應(yīng)用前景的材料連接方法。然而，受釬料合金本身強(qiáng)度的影響，釬焊接頭在載荷作用下通常失效于釬縫層中，而且接頭中母材與釬料合金間通常具有較低的結(jié)合強(qiáng)度。另外，傳統(tǒng)的釬焊工藝通常需要使用釬劑或者在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，難以獲得大熔合面、高焊合率的釬焊接頭。

近年來，超聲技術(shù)在材料的釬焊連接領(lǐng)域有了較多的研究。超聲波作用于液相釬縫層中時(shí)能在釬料合金內(nèi)形成一系列的聲化學(xué)、聲物理效應(yīng)，它們能促使液相釬料在無釬劑情況下對母材表面進(jìn)行潤濕，并能對釬縫層顯微組織進(jìn)行優(yōu)化。通過超聲釬焊工藝能制備出大熔合面的釬焊接頭，而且接頭具有較高的焊合率。然而，超聲波改善釬縫層顯微組織是建立在不斷溶蝕母材的基礎(chǔ)上的，釬焊時(shí)通常需要較長的超聲振動時(shí)間，這將引起釬縫層整體結(jié)構(gòu)的不均勻性，也容易造成母材的溶蝕穿孔。因此，有必要在釬焊前便改善釬縫層的強(qiáng)度，從而優(yōu)化釬焊接頭的性能。

大量的研究表明，通過在合金中添入微納米顆粒或者纖維增強(qiáng)相能夠增強(qiáng)合金的力學(xué)性能。然而，顆粒增強(qiáng)相在復(fù)合材料中的均勻性是很難保證的，尤其是當(dāng)顆粒增強(qiáng)合金被用于釬料合金時(shí)，增強(qiáng)相在熔融的釬料合金內(nèi)會因?yàn)橹亓Φ脑虍a(chǎn)生上浮或下層，并發(fā)生團(tuán)聚。為了獲得增強(qiáng)相分布均勻的復(fù)合材料，一種較為成功的方法為，通過無壓浸滲或有壓浸滲的方法將熔融合金填充入多孔陶瓷或者高熔點(diǎn)金屬中，從而制備出增強(qiáng)相分布均勻的高性能復(fù)合材料。可以想象，在傳統(tǒng)的釬焊工藝中(非超聲波輔助釬焊)，若采用這種多孔基體復(fù)合釬料合金進(jìn)行釬焊，熔融的釬料合金是很難在母材表面實(shí)現(xiàn)充分潤濕鋪展的。雖然接頭釬縫層的強(qiáng)度能夠得到改善，但是接頭的焊合率難以得到保證，接頭的整體力學(xué)性能仍然較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔金屬基體復(fù)合釬料合金釬焊接頭的制備方法，該方法可以制得大熔合面、高焊合率、高強(qiáng)度的釬焊接頭。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種多孔金屬基體復(fù)合釬料合金釬焊接頭的制備方法，包括制備復(fù)合釬料合金步驟和超聲波輔助釬焊步驟，其中所述的復(fù)合釬料合金步驟包括：

A1、選取多孔金屬基體，洗凈后將多孔金屬基體浸入溫度低于多孔金屬基體熔點(diǎn)的熔融釬料合金中；

A2、浸泡后取出多孔金屬基體，制得釬料合金填充的多孔金屬基體復(fù)合釬料合金；

所述的超聲波輔助釬焊步驟包括：

B1、將多孔金屬基體復(fù)合釬料合金置于兩待焊母材之間形成待焊釬焊接頭，將待焊釬焊接頭固定，對待焊釬焊接頭的多孔金屬基體復(fù)合釬料合金進(jìn)行加熱使填充于多孔金屬基體中的釬料合金熔化；

B2、將超聲裝置的工具頭作用于其中一個(gè)母材的表面上并施加的壓力，超聲結(jié)束后繼續(xù)保持壓力，至釬料合金完全凝固時(shí)，形成釬焊接頭，完成釬焊過程。

在上述多孔金屬基體復(fù)合釬料合金釬焊接頭的制備方法中：

步驟A1中所述多孔金屬基體的厚度優(yōu)選為10～500μm。

步驟B1中所述的兩待焊母材可以為相同材質(zhì)材料或不同材質(zhì)材料。

所述的兩待焊母材的材質(zhì)優(yōu)選為陶瓷材料、金屬材料或金屬基復(fù)合材料。

步驟B1中所述的兩待焊母材的形狀優(yōu)選為板狀、片狀、棒狀或管狀。

步驟B1中的加熱方式優(yōu)選為電阻加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱或熱風(fēng)加熱。

步驟B1中加熱時(shí)釬縫層多孔金屬基體復(fù)合釬料合金的溫度高于釬料合金熔點(diǎn)的溫度但低于多孔金屬基體熔點(diǎn)的溫度。

優(yōu)選的，步驟B1中加熱時(shí)釬縫層多孔金屬基體復(fù)合釬料合金的溫度高于釬料合金熔點(diǎn)5～300℃，但低于多孔金屬基體的熔點(diǎn)。

步驟B2中超聲振動裝置的振動頻率優(yōu)選為10～70kHz，振幅優(yōu)選為8～60μm，對母材施加的壓力優(yōu)選為0.1～5MPa，超聲振動時(shí)間優(yōu)選為0.5～200s。

步驟B2中超聲振動方向優(yōu)選為垂直于所述母材的表面或平行于所述母材的表面。

本發(fā)明方法采用了填充有釬料合金的多孔金屬基體復(fù)合釬料合金，通過將復(fù)合釬料層預(yù)制于硬質(zhì)母材之間，然后通過加熱使填充于多孔金屬層中的釬料合金熔化，再將超聲振動裝置的工具頭作用于母材表面并施加一定壓力和一定時(shí)間的超聲振動，完成釬焊過程。

本發(fā)明方法更適合于硬質(zhì)材料間的釬焊，尤其是低溫釬焊、高溫服役，硬質(zhì)母材間的釬焊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：