[發(fā)明專利]一種純Zn作為中間反應(yīng)材料層的40％碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接方法

有效

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• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109365986B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市新瑪博創(chuàng)超聲波科技有限公司
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 林曉宏

1.一種純Zn作為中間反應(yīng)材料層的40%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接方法，包括待焊接母材和中間反應(yīng)材料層，待焊接母材選用40%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于：包括以下步驟，

中間反應(yīng)材料層篩選步驟，

條件一，中間反應(yīng)材料層的熔化溫度低于待焊接母材熔點(diǎn)195-205℃，或中間反應(yīng)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(diǎn)150-300℃，

條件二，中間反應(yīng)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(dá)到10%，

條件三，中間反應(yīng)材料層主要元素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(yīng)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(nèi)，

中間反應(yīng)材料層至少滿足以上四個條件中的三個條件，根據(jù)以上條件，選用中間反應(yīng)材料層為純鋅箔，選用膜狀或片狀的純鋅箔作為中間反應(yīng)材料層；

表面處理步驟，將待焊接母材的待焊接面進(jìn)行機(jī)械打磨和超聲清洗；

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

上機(jī)固定步驟，將待焊接組件放置在超聲焊接設(shè)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(qiáng)相釋放步驟，通過超聲工具頭將焊接超聲波傳導(dǎo)至待焊接組件，對待焊接組件進(jìn)行加載超聲，焊接超聲波的功率控制在200-500W，焊接超聲波的頻率控制在10-30kHz，同時通過加熱設(shè)備升溫中間反應(yīng)材料層，加熱設(shè)備功率控制在4-6kW，加熱設(shè)備頻率控制在200-250kHz，中間反應(yīng)材料層的反應(yīng)溫度控制在395-405℃，超聲工具頭對待焊接組件施加焊接超聲波，待焊接母材的氧化膜發(fā)生破碎，待焊接母材的物理狀態(tài)為固態(tài)，中間反應(yīng)材料層的物理狀態(tài)為半固態(tài)，待焊接母材與中間反應(yīng)材料層發(fā)生溶解，待焊接母材與中間反應(yīng)材料層之間形成固液界面，生成液相形成連接區(qū)，待焊接母材與中間反應(yīng)材料層發(fā)生共晶反應(yīng)，反應(yīng)式為Lα-Al+η-Zn，生成α-Al固溶體，待焊接母材發(fā)生溶解，使待焊接母材中的SiC顆粒發(fā)生脫離，SiC顆粒進(jìn)入連接區(qū)，待焊接母材的氧化膜在焊接超聲波作用下被擠出所述待焊接組件，待焊接母材與中間反應(yīng)材料層之間的氣體在焊接超聲波作用下排出待焊接組件，待焊接母材與中間反應(yīng)材料層的實(shí)現(xiàn)初步焊接；

增強(qiáng)相的再分布步驟，超聲工具頭對待焊接組件繼續(xù)施加焊接超聲波，焊接超聲波的功率控制在200-500W，焊接超聲波的頻率控制在10-30kHz，同時通過加熱設(shè)備升溫中間反應(yīng)材料層，加熱設(shè)備功率控制在4-6kW，加熱設(shè)備頻率控制在200-250kHz，待焊接母材的物理狀態(tài)為固態(tài)，中間反應(yīng)材料層的反應(yīng)溫度控制在425-435℃，中間反應(yīng)材料層的物理狀態(tài)為液態(tài)，α-Al固溶體生長于連接層，中間反應(yīng)材料層全部轉(zhuǎn)化為連接層，待焊接母材中的SiC顆粒分布于連接層，得到全SiC顆粒增強(qiáng)的α-Al固溶體接頭，η-Zn在焊接超聲波作用下全部被擠出所述待焊接組件，待焊接組件等溫凝固完成；

其中，在破除氧化膜與增強(qiáng)相釋放步驟中，對施加焊接超聲波作用時間為8-12秒，在增強(qiáng)相的再分布步驟中，施加焊接超聲波的作用時間為205-215秒；

完成焊接組件步驟，對中間反應(yīng)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(huán)境中冷卻至室溫，得到焊接成品。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純Zn作為中間反應(yīng)材料層的40%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接方法，其特征在于：在所述破除氧化膜與增強(qiáng)相釋放步驟中，所述待焊接母材和所述中間反應(yīng)材料層中的原子分別向所述連接區(qū)溶解擴(kuò)散，連接區(qū)生長形成連接層；在所述增強(qiáng)相的再分布步驟中，中間反應(yīng)材料層完全轉(zhuǎn)化為連接層，中間反應(yīng)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(qiáng)的α-Al固溶體接頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純Zn作為中間反應(yīng)材料層的40%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接方法，其特征在于：在所述中間反應(yīng)材料層篩選步驟中，所述中間反應(yīng)材料層的厚度選用0.28-0.32mm。