[發明專利]基于偏晶反應的聲致瞬間液相焊接方法及其應用

在審

• 申請號: 201710393705.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN108927608A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 王謙;張兆芃;朱琳;宋浦豐;周小玉;唐新宇;胡婭;郎強;付陽;胡廣帥;張雪松;潘春婷;劉新悅;許普凱;范曉宇;李要光
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 陳昌娟

本發明公開了一種基于偏晶反應的聲致瞬間液相焊接方法及其應用,對中間層和2個待焊的母材表面進行清潔，裝夾中間層和母材，形成“母材/中間層/母材”的結構；在大氣環境下，對結構進行加熱，當溫度升至預定溫度時，超聲波換能器對結構進行超聲波作用并沿垂直于待焊面的方向施加壓力；待母材與中間層發生偏晶反應并生成液相后，停止加熱，超聲波換能器繼續對結構進行超聲波作用并施加壓力，待結構冷卻至室溫后，停止超聲波作用和施加壓力，完成焊接。本發明在大氣環境下進行，在聲場與熱場的雙重作用下，利用超聲波引起的聲塑性效應、摩擦、空化作用和聲流攪拌作用等因素的綜合作用，促進中間層與母材之間發生元素擴散，引發偏晶反應。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，具體來說涉及一種基于偏晶反應的聲致瞬間液相焊接方法及其應用。

背景技術

偏晶反應是指具有確定成分的液相L₁，在一定的溫度下，結晶出固相S₁和另一與L₁不相溶的液相L₂的過程，即L₁→S₁+L₂，如圖6所示。在液相線以下，存在互不相溶的液相L₁和L₂；當成分為m的偏晶合金冷卻到偏晶點溫度Tm以下時，偏晶反應L_m→α+L₂發生。除此之外，偏晶反應發生的偏晶點溫度都較高。偏晶合金具有良好導熱導電性，某些偏晶合金還具有超導性能(胡漢起.金屬凝固原理.北京:機械工業出版社,1991.)。而偏晶反應溫度都較高，在Al-Pb偏晶反應體系中，偏晶反應溫度僅低于Al熔點1.5℃，因此，在焊接過程中，很少應用偏晶反應產生液相來完成焊接。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于偏晶反應的聲致瞬間液相焊接方法及其應用。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的。

一種基于偏晶反應的聲致瞬間液相焊接方法，包括以下步驟：

1)對中間層和2個待焊的母材表面進行清潔，裝夾所述中間層和母材，以使2個所述母材分別位于所述中間層的上、下表面，形成“母材/中間層/母材”的結構，其中，所述母材為金屬材料或非金屬材料，所述中間層為能夠與該母材發生偏晶反應的材料；

在所述步驟1)中，所述中間層的厚度為0.01～1mm，優選為0.2～0.5mm。

在所述步驟1)中，2個所述母材為相同材質或不同材質。

在所述步驟1)中，所述母材為純鋁、鋁合金、純銅、銅合金或金屬基復合材料。

在所述步驟1)中，所述中間層為純銦金屬層、銦基金屬層、純鉍金屬層、鉍基金屬層、純鉛金屬層或含鉛金屬層。

在所述步驟1)中，清潔所述母材的方法為：去除所述母材表面的有機物(油雜物)和氧化膜，進行拋光，用丙酮或酒精擦洗所述母材表面后烘干。

在所述步驟1)中，清潔所述中間層的方法為：用丙酮或酒精對所述中間層進行超聲波清洗，烘干。

2)在大氣環境下，對步驟1)中所述結構進行加熱，當溫度升至預定溫度時，超聲波換能器(超聲波振頭)對所述結構進行超聲波作用并沿垂直于待焊面的方向施加壓力，其中，所述預定溫度高于(母材和中間層的)共晶反應溫度且低于(母材和中間層的)偏晶反應溫度，以使所述母材與中間層發生偏晶反應；

在所述步驟2)中，所述壓力的壓強為0.1～5.0MPa，優選0.15～2MPa。

在所述步驟2)中，通過外加熱源對步驟1)中所述結構進行加熱。

在所述步驟2)中，所述外加熱源為電弧、激光、電子束、熱傳導或熱輻射。