[發明專利]一種運用納米反應多層膜進行異質輕金屬材料連接的方法

在審

• 申請號: 201710029097.2
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106624347A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 杜軍;譚俊;劉貴民;王紅美;何東昱;王堯
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: B23K23/00
• 分類號: B23K23/00;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/06;B23K103/18
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術領域

本發明涉及金屬連接技術領域，具體是一種運用納米反應多層膜進行異質輕金屬材料連接的方法。

背景技術

納米多層自蔓延反應薄膜是指在室溫下，受到一定的激勵如引燃后，能產生可控的自蔓延放熱反應的納米多層膜，它是由兩種或更多種材料疊層復合而成的；自蔓延技術是利用化學反應自身放熱合成材料的一種技術，又稱之為燃燒合成，它的基本特點為：（1）利用化學反應放熱，完全或部分不需要外部熱源；(2)通過快速自動波燃燒的自維持反應得到所需成份和結構的產物；如附圖1-2所示，自蔓延反應薄膜是由A和B兩者材料組合成的納米多層結構，由A層和B層交替層疊排列而成，可交替層疊幾百到上千層，當在反應薄膜的一端點燃該多層膜時，多層膜就會沿圖1所示的方向進行反應，A層和B層的原子進行充分混合，生成AB化合物，鍵能降低，放出大量的熱，反應所放出的熱量加速了附近原子的混合，形成自蔓延傳播反應，此反應能夠在幾個微秒內完成，反應溫度達到1000~1500°C以上，反應溫度和時間受反應多層膜成分、結構的控制；所述激勵反應箔可以采用燃燒點燃、激光點燃、熱點燃以及電壓點燃等方式，當采用電壓點燃時，把約十余伏特的激發電壓施加在熱反應箔的一端，熱反應箔就會沿圖2所示的反應方向進行反應，靈活的激勵方式，使得活性反應箔具備廣泛的應用空間。

自蔓延反應技術運用的國內外現狀：在2004年5月18日授予T. Weihs等人的美國專利No.6736942 中描述的反應多層薄膜可以用作熱源進行局部加熱以實現材料間的高強度連接，反應薄膜由交替的兩種或多種單層膜組成，異種單層材料之間能夠發生反應放熱并自動傳播反應。一旦反應，多層膜就會供給足夠高的局部熱能對連接層起作用，如果使用連接材料如硬釬料(Brazing)或軟釬料(Soldering)），多層膜發生自蔓延反應就可以供給足夠的熱來使連接材料熔融，待連接材料冷卻就會實現材料體之間的強固結合；國內專利CN102248280A已經公開了一種鋁熱反應箔，是由鋁以及能夠和鋁發生鋁熱反應的金屬氧化物組成，將一定熱量的激勵施加在鋁熱反應箔的一個端面，反應箔瞬間發生自蔓延反應，其他鋁熱劑或者熔化焊料會被反應釋放的熱量點燃，完成材料之間的焊接，金屬氧化物和鋁分別為至少一層的層狀結構，并且鋁層與金屬氧化物層交疊排列；該專利中仍需借助熱源激勵自蔓延反應的發生，且需要采用鋁作為焊接料，成本高，不便于操作，迫切需要對現有技術進行改進改良。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無需外界能源激勵、無需其焊料、操作簡便性強、連接效率高的運用納米反應多層膜進行異質輕金屬材料連接的方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種運用納米反應多層膜進行異質輕金屬材料連接的方法，包括以下步驟：

1）準備實驗設備：采用多功能PVD硬質涂層設備AS500DMTXB自動控制離子鍍膜機進行鍍膜；

2）準備實驗材料：

2.1）基體材料：選擇具有代表性的304不銹鋼作為基體材料，其按照原子百分比的化學成分包括：Fe 69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；

2.2）靶材材料：靶材為純Zr靶與純C靶，其成分為99.9％的工業純Zr、C，靶材由真空感應爐熔煉制備，加工成直徑為Φ102mm，厚度為42mm的圓形靶；

3）薄膜處理：

3.1）Zr/C薄膜鍍層的制備過程按照時間順序分為表面等離子體清洗階段、金屬打底階段和沉積階段三個步驟；具體操作如下：

1）表面等離子體清洗階段：表面等離子體清洗采用高基體偏壓-1000V，在3.0Pa低氣壓條件下進行，利用Ar氣輝光放電產生的Ar離子轟擊基體表面，去除表面的吸附物雜質；

2）金屬打底階段：在鍍層和基體之間制備具有一定厚度的Zr金屬底以提高膜基之間的結合強度，采用Zr靶3KW功率；

3）膜層的沉積階段：按照事先制定的工藝參數進行薄膜的沉積，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW，交替沉積，Zr單層與C單層均沉積1分鐘，總層數200層。

3.2）利用Zr/C納米多層膜進行異質輕金屬材料連接：將制備的Zr/C納米多層膜置于兩塊異質輕金屬夾層中，用10V電池的正負極電壓進行激勵，Zr/C納米多層膜發生自蔓延反應，反應過程中用手指按壓兩塊金屬薄板，3-5s后，兩塊金屬薄板緊緊地結合在一起，實現了異質輕金屬之間的冶金連接。