[發明專利]用于優化的反應冶金接合的電流排程

有效

• 申請號: 201510396579.2
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN105269161B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: J.G.施羅思;T.A.佩里
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K20/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 姜云霞,董均華

相關申請的交叉引用

此申請要求2014年7月8日提交的美國臨時申請號62/021,762的權益。該臨時申請的全部內容以引用的方式并入本文。

技術領域

本公開的技術領域一般涉及金屬工件基底的反應冶金接合，并且更具體來說，涉及用于使電流通過金屬工件基底和安置于基底之間的反應材料的排程。

背景技術

反應冶金接合是其中將反應材料加熱并且壓緊在兩個金屬工件基底之間以促進基底之間的冶金接縫的形成的過程。具體來說，將反應材料制定為具有低于被接合的兩個金屬工件基底的最低固相線溫度的液相線溫度，并且額外地，在安置于工件基底的相對的貼合表面之間并且被加熱到高于其固相線溫度時與那些表面反應。在被加熱到高于至少其固相線溫度（并且如果需要則預先地）之后，對工件基底施加壓緊力，該力使得反應材料（包括任何反應副產物）沿工件基底的貼合表面擠壓并橫向地展開。貼合表面此時接合在一起從而建立主要由基礎工件材料構成的低電阻固態冶金接縫，因為所施加的壓緊基本上將反應材料從接縫排出。

反應材料的反應使得在無需熔化金屬工件基底的情況下實現聯合。事實上，在反應冶金接合期間，反應材料在被加熱到高于其固相線溫度時形成移動的液相，同時通常避免面對的工件基底的熔化。此液相分解存在于貼合的金屬工件表面上的表面膜和材料（諸如氧化膜）從而暴露貼合表面的清潔部分，并且也可以局部地溶解每個貼合表面的表層以使得它們暫時更易于聯合。施加到金屬工件基底的壓緊力除了排出反應材料和任何反應副產物之外，最終使得相對的貼合表面的清潔的部分在壓力下直接接觸。最終在相對的貼合表面的接觸聯合部分之間產生固態冶金接縫。仍存在于貼合表面上的反應材料的任何殘留的剩余量簡單地再次固化，而不會嚴重影響接縫性質。

通過反應冶金接合來接合金屬工件基底所需的熱量輸入與其他接合技術（特別是諸如MIG焊接、TIG焊接、激光焊接以及電阻點焊）相比而言相對低。與意欲產生足以開始基礎金屬的熔化的熱量的那些和其他焊接過程不同，反應冶金接合可以在無需產生這些熱量的情況下直接在金屬工件基底之間獲得固態接縫。如先前所解釋，反應冶金接合僅輸入足以開始反應材料的熔化的熱量，反應材料又與工件基底貼合表面反應以在比工件基底中的任一個將開始熔化的溫度低的溫度下開始聯合。因此，當熱敏材料位于緊密靠近要接合的金屬工件基底時，反應冶金接合的使用是一個有吸引力的選擇。

反應冶金接合過程可以用多種方式來執行。一種常見的方法使用一對相對的電極來將反應材料電阻地加熱到高于其固相線溫度并且壓緊金屬工件基底。具體來說，與電源連通的相對的電極將按壓力施加到彼此對準的工件基底的相對面對的表面上。操作相對的電極以使電流通過工件基底并且橫跨存在反應材料的其貼合接面。對通過反應材料和橫跨貼合接面的電流的流動的阻力產生熱量。此熱量可以被控制在滿足至少以下兩個條件的區間內：（1）熱量足以開始反應材料的熔化；以及（2）熱量不會過高而使得金屬工件基底本身開始熔化。相對的電極還可以供應在工件貼合表面的接觸聯合部分之間產生固態冶金接縫所需的壓緊力。

發明內容

披露一種實踐反應冶金接合的方法，其中根據可以由可控電源執行的電流排程來使電流通過工件基底并且橫跨存在反應材料的貼合界面。所使用的電流排程要求在所施加的電流水平中總體增加的電流脈沖；也就是說，多個電流脈沖的至少75%的最大獲得的電流水平包含在根據從電流流動開始到電流流動停止的時間而增加的安培數波段內。此電流排程有助于最大化接縫強度、最小化交換電流的電極的黏著并且最小化在金屬工件基底之間的固態冶金接縫的形成期間的過量熱量輸入。

本發明包括以下方案：

1. 一種通過反應冶金接合來接合第一金屬工件基底和第二金屬工件基底的方法，所述方法包括：

提供第一金屬工件基底和第二金屬工件基底，第一和第二金屬工件基底以重疊方式堆疊以使得第一金屬工件基底的貼合表面面對第二金屬工件基底的貼合表面，并且其中在第一金屬工件基底的貼合表面與第二金屬工件基底的貼合表面之間在接合位置處安置反應材料，反應材料具有低于第一金屬工件基底的固相線溫度和第二金屬工件基底的固相線溫度的液相線溫度；

使脈動直流電流通過反應材料以電阻地加熱反應材料，并且使得反應材料至少部分地熔化成接觸第一金屬工件基底的貼合表面和第二金屬工件基底的貼合表面的熔化的反應材料，第一金屬工件基底和第二金屬工件基底在脈動直流電流的通過期間都不被熔化；以及