[發明專利]一種Sn-Zn合金作為中間反應材料層的鋁鎂異質合金的超聲輔助焊接方法

在審

• 申請號: 201811536737.X
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109365988A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 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Sn?Zn合金作為中間反應材料層的鋁鎂異質合金的超聲輔助焊接方法，選用與Al和Mg均有較大的固溶度的Sn?Zn合金作為中間反應材料層，而且Sn?Zn合金的中間反應材料層與鋁鎂異質合金能在大氣環境的較低焊接溫度下施加焊接超聲實現有效焊接，無需使用釬劑，綠色環保，焊接時間短，高效焊接，得出的接頭組織成分均勻，力學性能好。

技術領域

本發明涉及鋁鎂異質合金焊接技術領域，尤其是涉及一種Sn-Zn合金作為中間反應材料層的鋁鎂異質合金的超聲輔助焊接方法。

背景技術

鋁合金和鎂合金作為典型的輕質合金，在船舶、航天、汽車、3C電子等領域的應用日益廣泛。但鋁合金和鎂合金又有各自的特點和優勢，在物理化學性能上有一定的差異。將兩者焊接成復合結構，能發揮兩種金屬各自的特性，獲得特殊性能，進一步擴大兩種金屬的應用范圍，因此迫切需要開發和發展鋁鎂異質合金焊接的技術。

采用傳統焊接方法焊接鋁鎂異質合金時，不可避免地會在接頭中形成大量脆性的金屬間化合物，從而導致接頭性能不佳，無法滿足使用性能的要求。此外，采用傳統的焊接方式進行焊接時，需要采用釬劑或在真空環境下進行以避免金屬表面氧化膜的形成，且接頭強度普遍偏低。

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Sn-Zn合金作為中間反應材料層的鋁鎂異質合金的超聲輔助焊接方法，通過超聲輔助焊接的方式，實現在大氣環境下無釬劑的低溫、高效焊接，得到的接頭力學性能強。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種Sn-Zn合金作為中間反應材料層的鋁鎂異質合金的超聲輔助焊接方法，待焊接母材分別選用鎂合金和鋁合金，中間反應材料層選用Sn-Zn系合金；

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，中間反應材料層位于兩個待焊接母材的待焊接面之間，中間反應材料層與待焊接母材的焊接界面接觸，形成待焊接組件，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；

待焊接組件反應步驟，在大氣環境下，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升溫至335-345℃，對待焊接組件施加焊接超聲作用時間為4-15秒；

焊接組件完成步驟，對待焊接組件取消保溫和取消施加焊接超聲，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。

進一步的技術方案中，所述中間反應材料層的Sn-Zn合金中的Zn含量為5％-23％。

進一步的技術方案中，其中一所述待焊接母材選用6160鋁合金，另外一所述待焊接母材選用ME20M鎂合金。

進一步的技術方案中，在所述待焊接組件反應步驟中，優選地，將所述中間反應材料層的反應溫度升溫至340℃，對待焊接組件施加焊接超聲作用時間為5-10秒。

進一步的技術方案中，在所述待焊接組件反應步驟中，所述待焊接母材鎂合金中的Mg原子溶解與所述中間反應材料層中的Sn結合形成Mg2Sn化合物，所述待焊接母材鋁合金中的Al原子溶解與中間反應材料層中的Zn結合成為α-Al固溶體。

進一步的技術方案中，在所述待焊接組件反應步驟中，所述Mg2Sn化合物生長形成Mg2Sn層，Mg2Sn層的厚度為1-10μm。