[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

本發明公開了一種純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，待焊接母材為40％?55％碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，根據中間反應材料層的設計條件篩選出純鋅箔為中間反應材料層，選用純鋅箔作為中間反應材料層有利于降低焊接溫度，更易于獲得全SiC顆粒增強的α?Al固溶體接頭。在合適超聲時間和連接溫度的情況下，結合本發明“一次超聲連接，二次超聲保溫”的工藝方法，獲得全SiC顆粒增強的α?Al固溶體接頭，無需釬料輔助在大氣環境下完成焊接，綠色環保，本焊接時間短，接頭力學性能高，焊接效果好。

技術領域

本發明涉及碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的焊接技術領域，尤其是涉及一種純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。

背景技術

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(SiCp-Al)因具有低密度、低熱膨脹系數、高的比強度和比剛度、高彈性模量和良好的耐磨性等性能，廣泛應用于航空、航天等要求高強度、耐高溫的結構器件。隨著SiCp-Al復合材料的應用越來越廣，對其焊接要求也越來越高。

中、高體積分數的鋁基復合材料焊接特別是采用釬焊和常規TLP焊接時存在以下急需解決的問題：1.焊接過程中待焊接母材鋁表面氧化膜的破碎及去除；2.液態金屬對顆粒增強相的潤濕及界面結合、碳化硅顆粒增強相在連接層內的偏聚。待焊接母材表面因致密氧化膜的存在，導致在焊接時阻礙了液態中間反應材料層與鋁合金之間的接觸，致使冶金結合難以形成。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種純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，接頭成分均勻分布，接頭力學性能好，無需釬料輔助連接，綠色環保，焊接時間短，焊接效果好。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：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％-55％碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，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；