[發(fā)明專利]一種利用納米多層膜自蔓延反應(yīng)輔助激光高溫釬焊的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710048764.1
• 申請(qǐng)日: 2017-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106695141B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡安明;馬穎;李紅;楊林派
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02;B23K1/005
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種利用納米多層膜自蔓延反應(yīng)輔助激光高溫釬焊的方法屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，在基底上采用磁控濺射方法交替沉積雙金屬的納米膜；將沉積的雙金屬納米多層膜從基底上剝離；將剝離的多層膜置于兩層釬料中間，成為復(fù)合中間層；將待焊接的母材進(jìn)行表面預(yù)處理；將復(fù)合中間層置于得到的母材之間，焊接采用搭接方式，采用激光對(duì)復(fù)合中間層進(jìn)行掃描焊接。納米多層膜在激光的引燃后會(huì)發(fā)生自蔓延反應(yīng)，反應(yīng)放出大量熱量可熔化低熔點(diǎn)釬料，使得焊接過(guò)程不僅在搭接接頭處形成連接，在整個(gè)搭接面都形成連接，增大接頭的連接強(qiáng)度，完成材料的連接。本發(fā)明可改善激光作為局部熱源的加熱不均勻性，使其形成更均勻的界面反應(yīng)，可提高接頭致密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用納米多層膜自蔓延反應(yīng)作為熱源輔助激光高溫釬焊。

背景技術(shù)

自蔓延高溫合成是一種利用反應(yīng)物之間高化學(xué)反應(yīng)熱的自放熱和自傳導(dǎo)作用來(lái)合成材料的技術(shù)，可用于制備某些先進(jìn)陶瓷，金屬間化合物及復(fù)合材料，作為傳統(tǒng)爐技術(shù)的替代獲得了廣泛的關(guān)注。

具有特定納米結(jié)構(gòu)的多層膜在外加能量的誘導(dǎo)下，可進(jìn)行自蔓延反應(yīng)，反應(yīng)放熱瞬間可獲得1000～3000℃的高溫，一方面可熔化釬料，另一方面可直接借助其反應(yīng)產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)材料的連接。

由于納米結(jié)構(gòu)膜的厚度較薄，通常在幾微米到幾十微米之間，其極快的降溫速度可保證被連接材料的原始形態(tài)不被破壞，因此納米多層膜可作為面向微納米單元連接的潛力熱源。

另外，納米多層膜自蔓延過(guò)程所需要的引燃能量較低，連接過(guò)程在反應(yīng)結(jié)束后完成，節(jié)約能源且連接效率高，可以實(shí)現(xiàn)具有不同熱膨脹系數(shù)的母材連接，有效降低焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，改善傳統(tǒng)釬焊的不足。

在異種材料連接中，熔點(diǎn)差異較大的金屬如Mg(649℃)，Ti(1678℃)，相互之間幾乎不發(fā)生冶金反應(yīng)，傳統(tǒng)的熔焊手段很難實(shí)現(xiàn)Mg/Ti的可靠連接。尤其在快速加熱和冷卻的條件下，元素之間的擴(kuò)散受到限制，實(shí)現(xiàn)這類相互間不發(fā)生冶金反應(yīng)的異種材料連接更加困難。

針對(duì)這些問(wèn)題，目前的主要解決方法有激光焊，液相擴(kuò)散焊，攪拌摩擦焊等。激光釬焊異種材料主要有兩種連接方式，對(duì)接接頭與搭接接頭。目前多采用激光填絲熔釬焊的方法對(duì)異種金屬實(shí)施激光搭接焊，鋁箔也可作為中間過(guò)渡層對(duì)異種金屬實(shí)施焊接。

對(duì)于Mg/Ti的搭接熔釬焊來(lái)說(shuō)，未添加中間層時(shí)，由于激光釬焊的快速加熱冷卻的特點(diǎn)，產(chǎn)生界面冶金結(jié)合前釬料與被釬焊的母材間的熱傳導(dǎo)較慢，不能通過(guò)熱傳導(dǎo)達(dá)到良好潤(rùn)濕。而中間層Al箔的添加雖然能改善Mg/Ti界面的潤(rùn)濕鋪展，促進(jìn)界面的冶金反應(yīng)，并在反應(yīng)界面形成一定厚度的AlTi₃相。但同時(shí)激光的局部加熱特性也造成了界面反應(yīng)的不均勻性。焊接過(guò)程中，在激光局部高能量密度的輻照下，接頭上部的鎂合金可能出現(xiàn)過(guò)燒或燒穿。不僅上部鎂合金、Al中間層熔化，下部鈦合金也會(huì)發(fā)生局部微熔，反應(yīng)凝固后形成凹坑。而在凹坑之外的其他區(qū)域，由于激光能量不足以使Ti大量熔化，Al熔化后無(wú)法與Ti混合而反應(yīng)，無(wú)法形成明顯的反應(yīng)層。

本發(fā)明目的在于提供一種簡(jiǎn)單高效的可用于輔助激光釬焊形成高強(qiáng)度連接界面的方法。本發(fā)明采用納米多層膜與釬料同時(shí)作為中間層，采用激光誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)且作為輔助加熱源對(duì)異種材料進(jìn)行高溫釬焊，有利于釬料層的完全熔化且潤(rùn)濕母材表面，提高連接效率，形成高強(qiáng)度的結(jié)合界面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的異種材料激光釬焊連接技術(shù)的不足。提供一種簡(jiǎn)單高效可用于輔助激光釬焊形成高強(qiáng)度連接界面的方法。

本發(fā)明所提供的方法包括以下步驟：

1)將基底分別在酒精和純水中超聲清洗5min。清洗后干燥。

2)在基底上采用磁控濺射方法交替沉積Ti和Ni的納米膜。

3)將沉積的TiNi納米多層膜從基底上剝離。