[發明專利]一種鋁-鋼-鋁添加準晶中間層的低溫擴散連接方法

有效

• 申請號: 201410440151.9
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104191085A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 李亞江;王娟;張永蘭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

????本發明涉及一種異種金屬的焊接方法，尤其涉及一種鋁-鋼-鋁添加準晶中間層的低溫擴散連接方法，屬于金屬材料的焊接技術領域。

背景技術

低碳鋼的熔點1650℃，純鋁的熔點只有660℃，鋁合金的熔點更低。把鋼與鋁焊接在一起是非常困難的，即使是在科技和焊接技術已很發達的今天，實現鋼與鋁的可靠焊接和獲得工業應用仍是很困難的。人們嘗試過很多種辦法試圖將鋼與鋁焊接在一起，所采用的焊接方法有爆炸焊、電阻焊、激光焊、激光-電弧復合焊等，但仍很難獲得滿意的效果和質量穩定的焊接接頭，或是在焊縫成形方面存在缺陷，或是形成的焊縫難以滿足使用要求，或是對焊接裝備和操作技術要求極高。

將鋁與低碳鋼焊接在一起的主要困難，一是二者熔點和熱物理性能差別太大，鋁比鋼具有更好的導電性和導熱性；二是鋁與低碳鋼的晶格結構不同，熱傳導系數不同。因此采用熔焊方法將鋼和鋁焊接在一起非常困難。鋼與鋁的其他焊接方法（如激光焊、激光-電弧復合焊等），存在成本上的問題，采用機械化焊接技術需要購置較昂貴的裝備等，而且針對鋁與鋼的大面積連接，用激光焊或激光-電弧復合焊是無法實現的。中國專利申請（CN201110310796.7）公開一種鋁/鋼異種金屬冷金屬過渡連接方法，采用氬氣保護，形成熔-釬焊搭接接頭，針對鋁與鋼的大面積連接，也無法實現。擴散連接針對異種金屬是一種有應用前景的方法，例如中國專利申請（CN201310173409.9）公開一種碳化硅陶瓷與鐵素體不銹鋼的擴散連接方法、中國專利申請（CN201310259910.7）公開一種硬質合金與金屬的擴散連接方法，但這些方法針對的是高硬度材料（如陶瓷、硬質合金等），存在著加熱溫度高、連接時間長、界面結合不穩定等的不利因素。

實現鋁-鋼-鋁的可靠焊接有廣闊的應用前景，例如可用于汽車、船舶、高速列車等，對這些現代化交通工具的輕量化、節能減排等有巨大的推進作用。因此，解決鋼與鋁異種金屬的焊接難題，實現鋁-鋼-鋁三明治夾層結構的低溫高效率的可靠連接，會大大推動鋼與鋁異種金屬結構的焊接進展，這項技術在船舶、現代車輛制造等領域的應用有很好的前景。

準晶不同于傳統晶態材料，也不同于非晶，它不具有平移對稱性，卻具有旋轉對稱性的新型結構材料，準晶屬亞穩態，具有較低的密度和熔點、高比熱容和低導熱率等。準晶具有完全有序的結構，然而又不具有晶體所應有的平移對稱性，不作周期性平移重復。目前，準晶主要用于表面改性材料和結構材料增強相，而將準晶箔片用于鋁與鋼的擴散連接，還未見先例。本項申請采用準晶中間合金，目的是降低鋁-鋼-鋁擴散連接溫度。

發明內容

????本發明的目的是針對現有鋁與鋼焊接技術的不足，提供一種添加準晶中間合金的鋁-鋼-鋁的低溫擴散連接方法，實現鋁與低碳鋼的可靠連接，形成接頭質量穩定的鋁-鋼-鋁三明治夾層結構的擴散焊接頭。

為實現上述目的，本發明采用的技術放案如下：

一種鋁-鋼-鋁添加準晶中間層的低溫擴散連接方法，由下述步驟組成：

（1）焊前鋁板與低碳鋼板的預處理：

焊前清除鋁板和低碳鋼板表面的油污和氧化膜，使其表面盡可能光潔和無任何雜質，并且清潔干燥；

（2）在鋁板與低碳鋼板待焊接觸界面之間放置準晶鋁硅銅中間合金箔片，將添加準晶鋁硅銅中間合金的工件置于擴散焊設備的真空室中；

（3）進行真空擴散連接，工藝參數為：

加熱過程：升溫速率為5℃～15℃/min，當溫度升至280℃和360℃時各保溫5min～8min。

連接溫度控制在420℃～490℃，在連接溫度下的保溫時間15min～25min，壓力0.3MPa～0.9MPa，真空度為1.33×10^-3Pa～1.33×10^-2Pa；

冷卻過程：真空室以降溫速率為10℃～20℃/min進行冷卻；

擴散焊接完成后工件隨爐冷卻，冷卻至80℃以下，取出鋁與低碳鋼的擴散連接工件。

上述步驟（1）中低碳鋼板表面的清理方法是，用砂紙將鋼板表面的銹蝕打磨干凈，使其露出金屬光澤；或是將待焊鋼板表面置于酸洗液中浸泡15min～20min，然后以清水將待焊表面洗凈。所述酸洗液是指常規稀硫酸或稀鹽酸或其以1∶2比例相混合的混合溶液。