[發明專利]一種純Zn作為中間反應材料層的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的超聲輔助焊接方法

有效

• 申請號: 201811535491.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109365985B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 賴志偉
• 申請（專利權）人: 東莞市新瑪博創超聲波科技有限公司
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/22;B23K20/24
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 林曉宏

1.一種純Zn作為中間反應材料層的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的超聲輔助焊接方法，包括待焊接母材和中間反應材料層，待焊接母材選用40%碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于：包括以下步驟，

中間反應材料層篩選步驟，

條件一，中間反應材料層的熔化溫度低于待焊接母材熔點195-205℃，或中間反應材料層與待焊接母材主要元素之間的共晶溫度低于待焊接母材熔點150-300℃，

條件二，中間反應材料層與待焊接母材主要元素之間的固溶度最大值至少達到10%，

條件三，中間反應材料層主要元素的原子半徑與待焊接母材中的原子半徑差最大不超過50pm，

條件四，中間反應材料層主要元素與待焊接母材之間的電極電位差至多在-0.8V以內，中間反應材料層至少滿足以上四個條件中的三個條件，根據以上條件，選用中間反應材料層為純鋅箔，選用膜狀或片狀的純鋅箔作為中間反應材料層；

表面處理步驟，將待焊接母材的待焊接面進行機械打磨和超聲清洗；

焊接前組裝步驟，將中間反應材料層夾持在兩個待焊接母材的焊接界面之間，中間反應材料層與待焊接母材的焊接界面接觸，待焊接組件組裝完成；

上機固定步驟，將待焊接組件放置在超聲焊接設備的加工平臺，并使超聲工具頭壓緊在待焊接組件的上部；將超聲工具頭向待焊接組件縱向方向施加壓力，壓力值為0.1-0.2MPa；

破除氧化膜與增強相釋放步驟，通過超聲工具頭將焊接超聲傳導至待焊接組件，對待焊接組件進行加載超聲及感應加熱，焊接超聲的功率控制在200-500W，焊接超聲的頻率控制在10-30kHz，同時通過感應加熱設備升溫中間反應材料層，感應加熱設備功率控制在4-6kW，感應加熱設備頻率控制在200-250kHz，將中間反應材料層的反應溫度控制在395-405℃，超聲工具頭對待焊接組件施加焊接超聲，待焊接母材的氧化膜發生破碎，待焊接母材的物理狀態為固態，中間反應材料層的物理狀態為半固態，待焊接母材與中間反應材料層發生溶解，待焊接母材與中間反應材料層之間形成固液界面，生成液相形成連接區，待焊接母材與中間反應材料層發生共晶反應，反應式為Lα-Al+η-Zn，生成α-Al固溶體，待焊接母材發生溶解，使待焊接母材中的SiC顆粒發生脫離，SiC顆粒進入連接區，待焊接母材的氧化膜在焊接超聲作用下被擠出所述待焊接組件，待焊接組件在反應過程中產生氣體，待焊接母材與中間反應材料層之間的氣體在焊接超聲作用下排出待焊接組件，待焊接母材與中間反應材料層的實現初步焊接；

增強相的再分布步驟，超聲工具頭對待焊接組件繼續施加焊接超聲，焊接超聲的功率控制在200-500W，焊接超聲的頻率控制在10-30kHz，同時通過感應加熱設備升溫中間反應材料層，感應加熱設備功率控制在4-6kW，感應加熱設備頻率控制在200-250kHz，待焊接母材的物理狀態為固態，中間反應材料層的反應溫度控制在425-465℃，中間反應材料層的物理狀態為液態，α-Al固溶體生長于連接層，中間反應材料層全部轉化為連接層，待焊接母材中的SiC顆粒分布于連接層，η-Zn在焊接超聲作用下全部被擠出所述待焊接組件，得到全SiC顆粒增強的α-Al固溶體接頭，待焊接組件等溫凝固完成；

其中，在破除氧化膜與增強相釋放步驟中，對待焊接組件施加焊接超聲作用時間為8-12秒，在增強相的再分布步驟中，對待焊接組件施加焊接超聲的時間為115-215秒；

完成焊接組件步驟，對中間反應材料層取消保溫和對待焊接組件取消焊接超聲波，保持對待焊接組件施加壓力，在大氣環境中冷卻至室溫，得到焊接成品。

2.根據權利要求1所述的一種純Zn作為中間反應材料層的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的超聲輔助焊接方法，其特征在于：在所述破除氧化膜與增強相釋放步驟中，所述待焊接母材和所述中間反應材料層中的原子分別向所述連接區溶解擴散，連接區生長形成連接層；在所述增強相的再分布步驟中，中間反應材料層完全轉化為連接層，中間反應材料層消失，所述α-Al固溶體形成連接層，所述SiC顆粒重新分布于連接層，連接層形成所述全SiC顆粒增強的α-Al固溶體接頭。

3.根據權利要求1所述的一種純Zn作為中間反應材料層的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的超聲輔助焊接方法，其特征在于：所述中間反應材料層大于所述待焊接母材的焊接界面。