[發明專利]疊層復合中間層的設計引入使鎂合金與鋁合金連接的方法

有效

• 申請號: 201510456474.1
• 申請日: 2015-07-29
• 公開（公告）號: CN105149769B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 羅國強;饒梅;王錦;張聯盟;沈強;王傳彬;張建;李美娟
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/16;B23K20/233;B23K20/24;B23K103/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及鎂與鋁的連接領域，特別是一種設計并添加CuNi-Ag-CuNi疊層復合中間層結構，用電場活化連接技術對鎂合金與鋁合金進行低溫、快速、高強連接的連接方法。

背景技術

鎂與鋁都是有色輕金屬，都具有比其它有色金屬、鋼鐵等材料更優良的特性。鋁的密度小，只有2.7g/cm³；有高比強度、比剛度，有優良的導電、導熱性能；良好的耐腐蝕性能和塑型加工性能等優點。鎂資源十分豐富，總儲量估計在100噸以上；大多數鎂合金比強度明顯高于鋁合金和鋼，彈性模量低可以避免過高的應力集中，具有良好的減震性，切削性能和鑄造性能良好；鎂合金以其優良的導熱性、可回收性、抗電磁干擾和優良的屏蔽性能等特點，被譽為“綠色工程材料”，廣泛應用于冶金、汽車、航空航天、光學儀器、計算機、電子與通信、電動、風動工具及醫療設備等領域。鎂與鋁在性能上具有一定的相似性，應用領域都很廣泛，為了滿足一些特殊的要求和用途，研究鎂合金與鋁合金的連接問題十分有必要。

鎂與鋁的連接按照焊接母材在焊接時的狀態分為熔焊和固相焊。鎂與鋁的物理性質相差較大，且二者化學性質活潑，抗氧化性能差，熔焊時焊縫區易產生裂紋、氣孔、變形等焊接缺陷；鎂與鋁用傳統的固相焊接方法焊接時，焊接接頭界面極易產生大量的高硬度脆性的Mg-Al系金屬間化合物層，嚴重降低了鎂鋁焊接接頭的力學性能。近年來有學者希望通過添加中間層來解決鎂與鋁直接焊接強度低的問題。趙麗敏等用熱鍍的方法在鎂與鋁表面鍍鋅合金后焊接，鋅合金中間層的添加有效阻止了鎂與鋁之間直接的相互擴散，阻止了脆性鎂鋁系金屬間化合物的生成，提高了焊接接頭的強度(參見文獻：L.M.Zhao and Z.D.Zhang.Effect of Zn alloy interlayer on interface microstructure and strength of diffusion-bonded Mg–Al joints.Scripta Materialia,2008,(58):283–286.)。王儀宇等通過磁控濺射在鎂與鋁表面沉積銀薄膜后進行焊接，銀薄膜的添加避免Mg-Al系金屬間化合物的生成，接頭強度達到14.5MPa(參見文獻：Yiyu Wang,Guoqiang Luo,Jian Zhang,Qiang Shen,Lianmeng Zhang.Microstructure and mechanical properties of diffusion-bonded Mg–Al joints using silver film as interlayer.Materials Science&Engineering A,2013,(559):868–874.)。張建等添加鎳箔鋁薄膜復合中間層，用磁控濺射在鎂表面沉積鋁膜，然后在鎂與鋁之間添加鎳箔進行擴散焊接，添加復合中間層同樣阻止了高硬度脆性鎂鋁金屬間化合物的生成，進一步提高接頭強度，焊接接頭剪切強度達25.8MPa(參見文獻：Jian Zhang,Guoqiang Luo,Yiyu Wang,Yuan Xiao,Qiang Shen,Lianmeng Zhang.Effect of Al thin film and Ni foil interlayer on diffusion bonded Mg–Al dissimilar joints.Journal of Alloys and Compounds,2013,(556):139–142.)。目前，鎂與鋁異種金屬設計并添加復合中間層，并在低溫活化快速連接連接尚未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種設計并引入CuNi-Ag-CuNi疊層復合中間層，并通過電場活化連接技術對鎂合金與鋁合金進行快速、低溫、高強連接接的方法。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的是一種疊層復合中間層的設計引入使鎂合金與鋁合金的連接方法，具體是：首先在鎂合金與鋁合金表面沉積CuNi合金薄膜作為防止鋁鎂基體表面氧化及金屬間化合物生成的阻隔中間層，然后在CuNi合金薄膜層之間添加Ag降低CuNi中間層的連接溫度，構成CuNi-Ag-CuNi疊層復合中間層，再將含CuNi-Ag-CuNi疊層復合中間層的鎂合金與鋁合金待連接件的裝配，最后采用電場活化連接工藝，將含CuNi-Ag-CuNi疊層復合中間層的鎂合金與鋁合金在溫度為380～420℃條件下保溫0s～750s，實現含CuNi-Ag-CuNi疊層中間層的鎂合金與鋁合金的高強連接。

所述的CuNi合金薄膜中Cu原子占40％～60％(at％)。