一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法技术

本公开涉及一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法，中间层选用Al/Zn/Ni/Zn复合结构，目的在于防止Mg‑Al系脆性金属间化合物的生成，提高连接效率(降至数秒)，实现大气环境下Mg/Al异种金属的连接。得到的Mg/Al连接接头剪切强度最高范围为90‑100Mpa，在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡4‑8小时后其剪切强度变为85‑95Mpa，说明其耐腐蚀性能优异，对Mg/Al异种金属的应用推广具有重要的意义。

An Ultrasound-assisted Transient Liquid Phase Diffusion Bonding Method for Mg/Al Joints with High Strength and Corrosion Resistance

The present disclosure relates to an ultrasonic-assisted instantaneous liquid phase diffusion bonding method for high-strength corrosion-resistant Mg/Al joints. The Al/Zn/Ni/Zn composite structure is used in the intermediate layer to prevent the formation of brittle intermetallic compounds in the Mg-Al system, improve the bonding efficiency (down to several seconds) and realize the bonding of Mg/Al dissimilar metals in atmospheric environment. The maximum shear strength of Mg/Al joints obtained is 90_100 Mpa. After soaking in 3.5 wt.% NaCl solution for 4_8 hours, the shear strength of Mg/Al joints becomes 85_95 Mpa, which indicates that the joint has excellent corrosion resistance and is of great significance to the application and popularization of Mg/Al dissimilar metals.

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法
本公开涉及Mg/Al异种金属连接技术，具体为一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。镁合金是工业使用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比性能好、减震性好、导电导热性良好、工艺性良好等优点，其在汽车、电子仪器、航空航天、国防军工等获得了广泛的应用。而铝合金是工业中使用最普遍的一类有色金属结构材料，铝合金比强度较高，具备优异的导电性、导热性和抗蚀性、低温下力学性能良好等特点，在航空、航天、汽车、机械加工与制造、船舶及化学工业中也已普遍应用。因此由于镁合金和铝合金在应用领域上的交叉性和广泛性，为了满足某些特定场合的需求，实现两者的牢固连接具有重要的应用价值。然而，在Mg/Al异种金属的焊接过程中往往存在熔化和结晶的过程，而且生成的脆性金属间化合物会降低焊接接头强度，并且其连接接头极易被腐蚀，限制了Mg/Al异种金属的应用与推广。
技术实现思路
本公开的目的是为克服上述问题，提出一种Al/Zn/Ni/Zn四层复合结构钎料，通过将这种Al/Zn/Ni/Zn复合结构材料夹在镁铝合金的待焊接面并施加压紧力后进行超声辅助瞬间液相扩散焊，以得到由Al/Zn/Ni/Zn四层复合结构钎料直接焊接的Mg/Al合金的高强耐腐蚀连接接头。本公开的具体技术方案如下：在本公开的第一个方面，提供一种Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，该复合结构钎料依次包括：Al层、Zn层、Ni层和Zn层，其中，Al层的厚度为15～25μm，Zn层的厚度为45～55μm，Ni层的厚度为15～25μm。在本公开的第二个方面，提供所述Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料在制备高强耐腐蚀Mg/Al连接接头中的应用。在本公开的第三个方面，提供一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法，该方法包括以下步骤：以所述的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料为中间层，上下为Mg、Al母材，在490℃～510℃时以沿垂直于试样的方向在Mg侧或Al侧施加超声波以实现Mg/Al异种金属的有效连接。在本公开的第四个方面，提供采用上述方法制备得到的高强耐腐蚀Mg/Al连接接头。在本公开的第五个方面，提供包含上述高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的Mg/Al异种金属产品。与本专利技术人知晓的相关技术相比，本公开其中的一个技术方案具有如下有益效果：(1)本公开提供的Al/Zn/Ni/Zn四层复合结构钎料，结合超声辅助瞬间液相扩散连接，可以阻隔Mg、Al之间的直接接触，避免了Mg/Al脆性金属间化合物的生成，并且由于Ni中间层的加入，Ni、Al元素起到了增强相的作用，提高Mg/Al连接接头的剪切强度和耐腐蚀性。(2)本公开提供的高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法，实现了在大气环境下正常连接，没有了传统钎焊真空环境下的限制，并且其将传统钎焊的焊接时间60-120分钟降低至数秒，大大提高生产效率。(3)利用本公开提供的焊接方法可以实现大气环境下无钎剂、快速、高强度、高耐腐蚀性的Mg/Al异种金属连接，其Mg/Al连接接头剪切强度最高范围为90-100Mpa，在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡4-8小时后其剪切强度变为85-95Mpa，说明其耐腐蚀性能优异，对Mg/Al异种金属的应用推广具有重要的意义。(4)采用本公开的超声辅助瞬间液相扩散连接方法，工艺简单，成本低，易于实现。附图说明构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开超声辅助TLP焊接装置示意图。图2为本公开实施例4所获得的经过耐腐蚀性方法处理后的连接接头光学显微镜照片。图3为本专利技术实施例4所获得的经过耐腐蚀性方法处理后的连接接头电子显微镜照片。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，目前需要提供一种耐腐蚀性较好并且强度较高的Mg/Al异种金属连接接头及其焊接方法，为此，在本公开的第一个典型的实施方式中，提供一种用于超声辅助瞬间液相扩散连接Mg/Al异种金属的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，该复合结构钎料依次包括：Al层、Zn层、Ni层和Zn层，其中，Al层的厚度为15～25μm，Zn层的厚度为45～55μm，Ni层的厚度为15～25μm。本公开中所述的Al层、Zn层、Ni层可以采用铝箔、锌箔和镍箔，其中，铝箔的纯度≥99.99w/w％，锌箔的纯度≥99.99w/w％，镍箔的纯度≥99.95w/w％。本公开设计的Al/Zn/Ni/Zn四层复合结构钎料的机理为：因为Mg/Al直接连接易生成脆性金属间化合物，为了阻止它的生成以及考虑到提高连接接头的耐腐蚀性，我们采用以Ni为中间层阻隔Mg、Al直接接触，然而Ni、Al之间的二元共晶温度为640℃，为了降低其焊接温度以及形成与母材差异较小的腐蚀电位，我们在Ni、Al添加一层Zn箔以降低其连接温度。同理，我们也在Mg、Ni之间加入Zn箔以降低其连接温度，然而Mg、Zn共晶反应温度低，在340-360℃范围内，在连接温度500℃时，Mg/Zn产物在超声的作用极易飞溅，影响连接接头的综合性能。为此我们通过在Mg、Zn之间加入一层Al箔来减弱Mg/Zn产物的飞溅，原因是Al箔的添加可以将反应温度提升至437℃，提高了反应温度，避免了Mg/Zn界面接触所发生的低温反应。最终，我们专利技术了一种采用Al/Zn/Ni/Zn复合中间层超声辅助瞬间液相扩散连接Mg/Al异种金属的方法，经过试验验证，相比于其他钎料，本公开的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料的所获得连接接头的强度和耐腐蚀性能更加突出。不同Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料以及各个层的厚度会影响Mg/Al异种金属的焊接效果，经过试验验证，Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料的厚度适宜在120～160μm，其中，Al层的厚度为15～25μm，Zn层的厚度为45～55μm，Ni层的厚度为15～25μm，其耐腐蚀性和剪切强度均较优异。经试验发现，不合适的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料的厚度会使得组织结构不均匀，降低了耐腐蚀性能以及剪切强度。进一步的，在本公开的一个或一些实施方式中，所述Al层的厚度为20μm，Zn层的厚度为50μm，Ni层的厚度为20μm。该Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料在连接Mg/Al异种金属时，放置顺序为：Mg/Al/Zn/Ni/Zn/Al。在本公开的第二个典型的实施方式中，提供所述Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料在制备高强耐腐蚀Mg/Al连接接头中的应用。在本公开的第三个典型的实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声辅助瞬间液相扩散连接Mg/Al异种金属的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，其特征是，该复合结构钎料依次包括：Al层、Zn层、Ni层和Zn层，其中，Al层的厚度为15～25μm，Zn层的厚度为45～55μm，Ni层的厚度为15～25μm。

【技术特征摘要】
1.一种用于超声辅助瞬间液相扩散连接Mg/Al异种金属的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，其特征是，该复合结构钎料依次包括：Al层、Zn层、Ni层和Zn层，其中，Al层的厚度为15～25μm，Zn层的厚度为45～55μm，Ni层的厚度为15～25μm。2.如权利要求1所述的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，其特征是，所述Al层的厚度为20μm，Zn层的厚度为50μm，Ni层的厚度为20μm。3.如权利要求1所述的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料，其特征是，Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料在连接Mg/Al异种金属时，放置顺序为：Mg/Al/Zn/Ni/Zn/Al。4.权利要求1～3中任一项所述的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料在制备高强耐腐蚀Mg/Al连接接头中的应用。5.一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法，其特征是，该方法包括以下步骤：以权利要求1～3中任一项所述的Al/Zn/Ni/Zn复合结构钎料为中间层，上下为Mg、Al母材，在490℃～510℃时以沿垂直于试样的方向在M...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一楠，杨乘飞，彭子龙，张勇，崔壮，李驰，吴志远，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37