连接金属部件的方法技术

本发明专利技术涉及连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的方法，所述金属部件(11、12)具有高于1100℃的固相线温度。所述方法包括：将熔融抑制组合物(14)施用在所述第一金属部件(11)的表面(15)上，所述熔融抑制组合物(14)包含熔融抑制组分，所述熔融抑制组分包含至少25重量%的用于降低所述第一金属部件(11)的熔融温度的硼和硅；使所述第二金属部件(12)与所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的接触点(16)处接触(202)；将所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)加热到高于1100℃的温度；和允许所述第一金属部件(11)的熔融金属层(210)凝固，使得在所述接触点(16)处获得接缝(25)。还描述了所述熔融抑制组合物和相关产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】连接金属部件的方法
本专利技术涉及通过使用熔融抑制组合物连接第一金属部件与第二金属部件的方法。本专利技术还涉及所述熔融抑制组合物和包括所述连接的金属部件的产品。
技术介绍
现今存在用于连接用金属元素制成的金属部件(金属物品或金属工件)的不同连接方法，所述金属元素包括各种元素金属以及各种金属合金。所讨论的金属部件得益于制造其的金属元素或合金而具有至少1100℃的熔融温度，这意味着这些金属部件不能用例如纯铜、纯铝或各种铝基合金制成。可制成这些金属部件的金属的一些实例通常为铁基合金、镍基合金和钴基合金。一种连接这类金属部件的常用方法是焊接，其为如下方法，其中在有或没有另外材料的情况下使金属部件中的金属熔融，即，通过熔融和随后的再凝固形成铸造产品。另一连接方法是硬焊(brazing)，其为这样的金属连接方法，其中首先将填料金属施用在欲连接的两个金属部件中的至少一个上且随后加热到高于其熔点并通过毛细管作用在金属部件之间分配。使填料金属通常在由合适气氛的保护下达到高于熔融温度。填料金属随后流过金属部件朝向接触点，在接触点处形成接缝。通常，在硬焊时，施用填料金属以接触在欲连接的金属部件之间的间隙或空隙。在加热过程期间，填料金属熔融并填充欲连接的间隙。在硬焊过程中，有三个主要阶段，其中第一阶段被称作物理阶段。物理阶段包括填料金属的润湿和流动。第二阶段通常在给定的连接温度下发生。在该阶段期间，存在固-液相互作用，其伴随着实质性的质量传递。在该阶段，马上连接液态填料金属的小体积的金属部件溶解或与填料金属反应。同时，来自液相的少量元素渗透到固态金属部件中。各组分在接缝区域中的该重新分配引起填料金属组成的改变，且有时起始填料金属的凝固。与第二阶段重叠的最后阶段的特征在于形成最终接缝微观结构并在接缝的凝固和冷却期间发展。连接液态填料金属的金属部件的体积非常小，即，接缝最大程度地由填料金属形成。通常，在硬焊时，在该接缝中的至少95%的金属来自填料金属。连接两个金属部件(母体材料)的另一方法为瞬时液相扩散连接(TLP连接)，其中当来自中间层的熔点抑制元素在连接温度下移动到金属部件的晶格和晶界中时发生扩散。固态扩散过程随后导致连接界面处组成的改变且不同的中间层在比母体材料低的温度下熔融。因此，液体的薄层沿界面铺展以在比任一金属部件的熔点低的温度下形成接缝。连接温度的降低引起熔体凝固，且该相随后可通过保持在连接温度下一段时间而扩散进入到金属部件中。诸如焊接、硬焊和TLP-连接的连接方法成功地连接金属部件。然而，焊接具有其局限性，因为其可能非常昂贵或者当它们难以接近时，甚至不可能产生许多接缝。硬焊也具有其局限性，例如，其有时难以恰当地施用或甚至难以确定最合适的填料金属。TLP-连接在连接不同材料时是有利的，但具有其局限性。例如，常常难以找到合适的中间层且在欲填充大间隙的情况下或当欲形成相对较大的接缝时，该方法并不真的适合产生接缝。因此，在选择某一连接方法时涉及到许多因素。同样关键的因素有成本、生产率、安全性、工艺速度和连接金属部件的接缝的性质以及在连接之后金属部件本身的性质。即使上述方法具有它们的优点，但是仍然需要作为目前方法的补充使用的连接方法，特别是在考虑像成本、生产率、安全性和工艺速度的因素时。概述本专利技术的一个目的在于改善上述技术和现有技术。具体地讲，一个目的在于提供以简单且可靠的方式连接金属部件(金属工件，即用金属制成的工件或物品)，同时仍然在所述金属部件之间产生坚固的接缝的方法。为了实现这些目的，提供连接第一金属部件与第二金属部件的方法。所述方法用于具有高于1100℃的固相线温度的金属部件。所述方法包括：将熔融抑制组合物施用在所述第一金属部件的表面上，所述熔融抑制组合物包含熔融抑制组分，所述熔融抑制组分包含至少25重量%的用于降低所述第一金属部件的熔融温度的硼和硅；和任选的用于促进将所述熔融抑制组合物施用在所述表面上的粘合剂组分；使所述第二金属部件与所述熔融抑制组合物在所述表面上的接触点处接触；将所述第一金属部件和所述第二金属部件加热到高于1100℃的温度，由此使所述第一金属部件的所述表面熔融，使得所述第一金属部件的表面层熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点处与所述第二金属部件接触的熔融金属层；和允许所述熔融金属层凝固，使得在所述接触点处获得接缝。在所述金属部件中的金属可具有例如铁基、镍基和钴基金属合金的形式，因为他们通常具有高于1100℃的固相线温度。所述金属部件不可为不具有高于1100℃的固相线温度的纯铜、铜基合金、纯铝或铝基合金。在所述金属部件中的金属或甚至所述金属部件本身可称为“母体金属”或“母体材料”。在本文中，“铁基”合金为其中铁具有在该合金中的所有元素的最大重量百分数(重量%)的合金。相应的情形也适用于镍、钴、铬和铝基合金。如所指出，所述熔融抑制组合物包含至少一种组分，所述组分为熔融抑制组分。任选地，所述熔融抑制组合物包含粘合剂组分。对降低至少所述第一金属部件的熔融温度作出贡献的熔融抑制组合物的所有物质或部分视为所述熔融抑制组分的一部分。将熔融抑制组合物的并不涉及降低至少所述第一金属部件的熔融温度，而是“粘合”熔融抑制组合物的部分视为所述粘合剂组分的一部分，因此其形成例如糊浆、漆料或浆料。当然，所述熔融抑制组分可包含其他组分，诸如少量的填料金属。然而，所述填料金属不可能代表超过75重量%的熔融抑制组分，因为至少25重量%的熔融抑制组分包含硼和硅。如果填料金属包含在所述熔融抑制组合物中，则其始终是所述熔融抑制组分的一部分。在本文中，“硼和硅”是指按重量%计算的在所述熔融抑制组分中硼和硅的和。在此，重量%是指通过将质量分数乘以100确定的重量百分数。如所知，物质在组分中的质量分数为该物质的质量浓度(该物质在组分中的密度)与组分的密度的比率。因此，例如，至少25重量%的硼和硅是指在100g熔融抑制组分样品中硼和硅的总重量为至少25g。显然，如果粘合剂组分包含在所述熔融抑制组合物中，则硼和硅在所述熔融抑制组合物中的重量%可能小于25重量%。然而，在所述熔融抑制组分中始终存在至少25重量%的硼和硅，如上指出，其还包含可包含的任何填料金属，即填料金属始终被视为所述熔融抑制组合物的一部分。“硼”包括在所述熔融抑制组分中的所有硼，其包括元素硼以及在硼化合物中的硼。相应地，“硅”包括在所述熔融抑制组分中的所有硅，其包括元素硅以及在硅化合物中的硅。因此，硼和硅在所述熔融抑制组分中可由在各种硼和硅化合物中的硼和硅来表示。显然，所述熔融抑制组合物与常规硬焊物质完全不同，因为相对于熔融抑制物质如硼和硅，常规硬焊物质具有多得多的填充金属。通常，硬焊物质具有小于18重量%的硼和硅。所述方法的优势在于可减少或甚至排除填料金属，和其可适用于用不同材料制成的金属板。其还可用于各种应用中，例如用于连接传热板或否则通过例如焊接或常规硬焊连接的任何合适金属物体。当然，所述熔融抑制组合物也可施用在所述第二金属部件上。所述硼可来源于元素硼和选自以下化合物中的至少任一种的硼化合物的硼中的任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。所述硅可来源于元素硅和选自以下化合物中的至少任一种的硅化合物的硅中的任一种：碳化硅、硼化硅和硅铁。所述熔融抑制组分可包本文档来自技高网...

【技术保护点】
连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的方法，所述金属部件(11、12)具有高于1100℃的固相线温度，所述方法包括‑ 将熔融抑制组合物(14)施用(201)在所述第一金属部件(11)的表面(15)上，所述熔融抑制组合物(14)包含：• 熔融抑制组分，其包含至少25重量%的用于减小所述第一金属部件(11)的熔融温度的硼和硅，和• 任选的粘合剂组分，其用于促进所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的施用(201)，‑ 使所述第二金属部件(12)与所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的接触点(16)处接触(202)；‑ 将所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)加热(203)到高于1100℃的温度，所述第一金属部件(11)的所述表面(15)由此熔融，使得所述第一金属部件(11)的表面层(21)熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点(16)处与所述第二金属部件(12)接触的熔融金属层(210)；和‑ 允许(204)所述熔融金属层(210)凝固，使得在所述接触点(16)处获得接缝(25)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.28 EP 12161742.71.连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的方法，所述第一金属部件(11)与第二金属部件(12)均具有高于1100℃的固相线温度，所述方法包括-将熔融抑制组合物(14)施用在所述第一金属部件(11)的表面(15)上，所述熔融抑制组合物(14)包含：•熔融抑制组分，其包含至少25重量%的用于减小所述第一金属部件(11)的熔融温度的硼和硅，和•任选的粘合剂组分，其用于促进所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的施用，-使所述第二金属部件(12)与所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的接触点(16)处接触；-将所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)加热到高于1100℃的温度，所述第一金属部件(11)的所述表面(15)由此熔融，使得所述第一金属部件(11)的表面层(21)熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点(16)处与所述第二金属部件(12)接触的熔融金属层(210)；和-允许所述熔融金属层(210)凝固，使得在所述接触点(16)处获得接缝(25)。2.权利要求1的方法，其中所述硼来源于元素硼和选自至少以下化合物中的任一种的硼化合物的硼中的任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。3.权利要求1或2的方法，其中所述硅来源于元素硅和选自至少以下化合物中的任一种的硅化合物的硅中的任一种：碳化硅、硼化硅和硅铁合金。4.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少40重量%的硼和硅。5.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少85重量%的硼和硅。6.权利要求1-2中任一项的方法，其中硼构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少10重量%。7.权利要求1-2中任一项的方法，其中硅构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少55重量%。8.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于50重量%的金属元素。9.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于10重量%的金属元素。10.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述第一金属部件的厚度为0.3-0.6mm且所述熔融抑制组合物(14)的施用包括在所述第一金属部件(11)的表面(15)上每平方毫米施用平均0.02-0.12mg硼和硅。11.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述第一金属部件的厚度为0.6-1.0mm且所述熔融抑制组合物(14)的施用包括在所述第一金属部件(11)的表面(15)上每平方毫米施用平均0.02-1.0mg硼和硅。12.权利要求1-2中任一项的方法，其中所述表面(15)具有大于由在所述表面(15)上的接触点(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P斯杰丁，K瓦尔特，
申请(专利权)人：阿尔法拉瓦尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE