[發明專利]基于界面釘扎作用提高異質金屬接頭強度的冷噴焊接方法

有效

• 申請號: 201611249636.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106756979B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 李成新;付斯林;譚香;張林杰;雒曉濤;楊冠軍;李長久
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開一種基于界面釘扎作用提高異質金屬接頭強度的冷噴焊接方法，用于第一金屬與第二金屬連接，第一金屬為純銅，第二金屬為純鋁；具體包括：1)對第一金屬和第二金屬的坡口表面進行預處理；2)采用復合粉末B冷噴涂，在第一金屬和第二金屬的坡口表面形成一層復合涂層；3)采用復合粉末A冷噴涂，填滿第一金屬和第二金屬的坡口，形成沉積體，實現第一金屬與第二金屬的連接。本發明通過噴涂一定厚度的具有釘扎作用的界面增強作用的復合涂層，然后冷噴涂形成沉積體，連接具有一定坡口的異質金屬接頭，最終的得到結合強度高的連接體。本發明可以實現復雜結構鋁與銅的連接，界面接合強度高，連接過程溫度低，基本沒有氧化和新相的生成。

技術領域

本發明涉及異質金屬連接領域，具體的說是一種增強Al/Cu異質金屬接頭強度的冷噴焊接方法。

背景技術

現代工業生產中，需要將不同性能的材料焊接成復合零部件，以期達到既能滿足各種性能要求，又能節約貴重材料，降低生產成本。銅及其合金具有優良的導電、導熱性能、耐腐蝕和低溫塑性，但銅及其合金在我國屬于稀缺金屬，價格昂貴。鋁及其合金具有密度低、強度高、耐腐蝕、熱導和電導率高以及加工性能良好等特點，價格比銅便宜，因此將銅、鋁及其合金連接制成復合接頭，不但能減輕構件的重量、節約貴重金屬材料，而且能發揮各自的性能優勢，達到成本和性能的平衡。目前，鋁/銅異種金屬接頭廣泛應用于電力、化工、制冷和航空航天工業中，因而，鋁/銅異種材料焊接問題的解決具有廣泛的實際應用價值。

焊接是實現鋁銅連接并滿足鋁/銅接頭導電、導熱性能的可靠方法，但鋁和銅焊接性較差，具體表現為兩種金屬都很容易被氧化，會形成氧化膜，兩者的導熱率和比熱性都較高，線膨脹系數及熔點相差較大，直接連接將產生很大的焊接應力；此外，在高溫下，兩種金屬液體能夠吸收大量氣體，使得焊縫中出現氣孔，而且焊接時銅和鋁極易形成Cu₃Al₂和CuAl₂等脆性的金屬間化合物，將極大地影響接頭的力學性能。因此，盡可能緩解異質母材間的物理性能差異，以及減少層狀脆性金屬間化合物的形成，是獲得優質銅鋁焊接接頭的關鍵。

鋁/銅異種金屬現階段主要采用熔化焊、釬焊、攪拌摩擦焊等方法進行連接。由于銅與鋁的物理、化學性質差異較大并且冶金相容性差，采用傳統熔化焊方法難以實現鋁/銅異種金屬的可靠連接；釬焊方法對接頭的結構尺寸有限制，而且生產效率相對較低；攪拌摩擦焊主要應用于板狀材料的連接，對設備要求較高，工藝參數要求嚴格，不適合復雜接頭的生產也不適合薄壁構件的焊接。

相對于傳統的焊接方法，冷噴焊具有工作溫度低，粒子與母材碰撞前溫度低于其熔點，對粒子和被連接金屬的熱輸入小，使粒子和被連接金屬有更廣泛的選擇空間；同時，粒子和被連接金屬基本不會發生熔融現象，不會出現氧化、相變或晶粒長大，可有效避免凝固過程形成金屬間化合物，產生宏觀和微觀偏聚，保留粒子和被連接金屬的本來特性。然而，通過冷噴涂直接連接異質金屬，其界面結合強度仍然有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于界面釘扎作用提高異質金屬接頭強度的冷噴焊接方法，消除現有熔化焊方法中焊接接頭處因熔融產生的缺陷，并提高異質金屬之間的結合強度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于界面釘扎作用提高異質金屬接頭強度的冷噴焊接方法，用于第一金屬與第二金屬連接，第一金屬為純銅，第二金屬為純鋁；具體包括以下步驟：

1)對第一金屬和第二金屬的坡口表面進行預處理；

2)采用復合粉末B冷噴涂，在第一金屬和第二金屬的坡口表面垂直噴涂形成一層復合涂層；

3)采用復合粉末A冷噴涂，填滿第一金屬和第二金屬的坡口，形成沉積體，實現第一金屬與第二金屬的連接；