使用超声波和反应冶金焊接工艺的金属连结制造技术

根据本发明专利技术的各方面，一种方法包括选择第一金属基底的搭接表面、将反应材料放置在搭接表面上以及在第二金属基底邻近于第一金属基底之前经由超声波焊接将反应材料附连于搭接表面。反应材料构造成在搭接表面和邻近于第一金属基底的第二金属基底之间形成冶金接头。

Metal bonding using ultrasonic and reactive metallurgical welding processes

According to various aspects of the present invention, a method includes selecting a lap surface of a first metal substrate, placing a reactive material on the lap surface, and attaching the reactive material to the lap surface by ultrasonic welding before the second metal substrate is adjacent to the first metal substrate. The reactive material is configured to form a metallurgical joint between the lapping surface and the second metal substrate adjacent to the first metal substrate.

【技术实现步骤摘要】
使用超声波和反应冶金焊接工艺的金属连结引言本专利技术涉及金属基底的反应冶金连结的领域，并且更具体地涉及用于将反应材料预先放置在至少一个金属基底的接触表面上的系统和方法。反应冶金连结(“RMJ”)使用压缩在两个金属基底之间的反应材料。这些基底与电极接触并且经加热以在基底之间形成冶金接头。选择反应材料以具有低于正连结的两个金属基底的最低固相线温度的液相线温度，且附加地与基底的相对搭接表面反应。在加热至至少高于其固相线温度之后(且如果需要的话可预先进行)，压缩力施加于工件基底，且该压缩力挤压反应材料、包括反应副产物并且使得其沿着工件基底的搭接界面扩展。搭接表面此时连结在一起，以在所施加的压缩力基本上将反应材料从接头中排出时，建立主要由基础工件材料构成的低电阻率固态冶金接头。然而，反应材料的手动放置是不精确的，且反应材料会在连结工艺期间(例如在压缩期间)从所沉积的位置移位。对于反应材料的手动放置的替代是使用冷金属转移来沉积反应材料。然而，冷金属转移同样具有多个缺点。例如，会难以精确地控制所沉积的反应材料的量。另一缺点是难以产生反应材料的期望几何形状。例如，甚至在基底温度升高时，仍难以产生反应材料的扁平液滴。此外，产生球形液滴会在RMJ工艺期间增大排出量。此外，冷金属转移工艺需要在反应材料沉积之后去除氧化物。
技术实现思路
根据本专利技术的各方面，系统和方法提供使用超声波焊接来预先放置反应材料。有益的是，这里描述的系统和方法能提供反应材料的精确放置、提供所沉积反应材料的精确量以及产生所沉积反应材料的有益几何形状。此外，根据本专利技术的系统和方法能提供反应材料在室温下的预先放置。根据本专利技术的各方面，一种方法包括选择第一金属基底的搭接表面、将反应材料放置在搭接表面上以及在第二金属基底邻近于第一金属基底之前经由超声波焊接将反应材料附连于搭接表面。反应材料构造成在搭接表面和邻近于第一金属基底的第二金属基底之间形成冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，该方法进一步包括在第一金属基底的搭接表面附近移动第二金属基底，将反应材料压缩在第一金属基底和第二金属基底之间，以及加热反应材料以使用反应冶金连结来连结第一金属基底和第二金属基底。根据本专利技术的又一些方面，反应材料限定几何形状，该几何形状构造成控制熔融材料在第一金属基底与第二金属基底的反应冶金连结期间的流动。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括内部材料和外部材料，该内部材料不同于外部材料。根据本专利技术的又一些方面，在加热反应材料之前，内部材料和外部材料各自接触第一金属基底和第二金属基底。根据本专利技术的又一些方面，经由超声波焊接将反应材料附连于搭接表面包括使得第一金属基底的与搭接表面相对的第一外表面与砧座接触，使得反应材料的第二表面与焊接头接触，以及使得焊接头在预定频率下振动，以由此将反应材料超声地焊接至搭接表面。根据本专利技术的又一些方面，该方法进一步包括在将反应材料附连于搭接表面之后将第二金属基底沉积在第一金属基底附近，将第一电极施加于第一金属基底并且将第二电极施加于第二金属基底，以及经由第一电极和第二电极来加热反应材料，以由此在第一金属基底和第二金属基底之间形成冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括第一材料和第二材料。第一材料不同于第二材料。第一材料构造成促进反应材料经由超声波焊接附连于搭接表面，且第二材料构造成促进第一金属基底和第二金属基底之间的冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括第一材料和第二材料。第一材料具有第一电阻率和第一液相线温度，且第二材料具有第二电阻率和第二液相线温度。第一电阻率高于第二电阻率，且第一液相线温度低于第二液相线温度。根据本专利技术的各方面，一种方法包括选择第一金属基底的第一搭接表面，将反应材料放置在第一搭接表面上，经由超声波焊接将反应材料附连于第一搭接表面，在将反应材料附连于第一搭接表面之后、使得第二搭接表面与反应材料接触，以及经由熔融焊接将第一金属基底焊接于第二金属基底。反应材料构造成在第二金属基底的第一搭接表面和第二搭接表面之间形成冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，该方法进一步包括将反应材料压缩在第一金属基底和第二金属基底之间。将第一金属基底焊接于第二金属基底包括加热反应材料，以在第一金属基底和第二金属基底之间形成冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，反应材料限定几何形状，该几何形状构造成控制熔融材料在将第一金属基底焊接于第二金属基底时的流动。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括内部材料和外部材料。内部材料不同于外部材料。根据本专利技术的又一些方面，在将第一金属基底焊接于第二金属基底之前，内部材料和外部材料各自接触第一金属基底和第二金属基底。根据本专利技术的又一些方面，经由超声波焊接将反应材料附连于第一搭接表面包括使得第一金属基底的与第一搭接表面相对的第一外表面与砧座接触，使得反应材料与焊接头接触，以及使得焊接头在预定频率下振动，以由此将反应材料超声地焊接至第一搭接表面。根据本专利技术的又一些方面，经由熔融焊接将第一金属基底焊接于第二金属基底包括将第一电极施加于第一金属基底并且将第二电极施加于第二金属基底，以及经由第一电极和第二电极来加热反应材料，以由此在第一金属基底和第二金属基底之间形成冶金接头。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括第一材料和外第二材料。第一材料不同于第二材料。第一材料构造成促进反应材料经由超声波焊接附连于第一搭接表面，且第二材料构造成促进第一金属基底经由熔融焊接焊接于第二金属基底。根据本专利技术的又一些方面，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括第一材料和外第二材料。第一材料具有第一电阻率和第一液相线温度，且第二材料具有第二电阻率和第二液相线温度。第一电阻率高于第二电阻率，且第一液相线温度低于第二液相线温度。根据本专利技术的各方面，一种方法包括选择第一金属基底的第一搭接表面，将反应材料放置在第一搭接表面上，将反应材料附连于第一搭接表面，在将反应材料附连于第一搭接表面之后、使得第二搭接表面与反应材料接触，以及将第一金属基底焊接于第二金属基底。反应材料构造成在第二金属基底的第一搭接表面和第二搭接表面之间形成冶金接头。该附连包括使得第一金属基底的与第一搭接表面相对的第一外表面与砧座接触，使得反应材料与焊接头接触，以及使得焊接头在预定频率下振动，以由此将反应材料超声地焊接至第一搭接表面。焊接包括将反应材料压缩在第一金属基底和第二金属基底之间，将反应材料加热至反应材料的液相线温度之上，以及将第一金属基底和第二金属基底的温度维持在固相线温度之下。根据本专利技术的又一些方面，加热反应材料包括在成对电极之间对反应材料进行电阻加热，使用该成对电极来执行将反应材料压缩在第一金属基底和第二金属基底之间，反应材料限定与第二搭接表面相对的第二表面，且该第二表面大体是扁平的，反应材料是多功能反应材料，该多功能反应材料包括第一材料和第二材料，该第一材料具有第一电阻率、第一液相线温度以及第一规格，该第二材料具有第二电阻率、第二液相线温度以及第二规格，且第一规格选自箔片、线材、多层膜、粉末以及糊状物，该第二规格本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：选择第一金属基底的搭接表面；将反应材料放置在所述搭接表面上，所述反应材料构造成在所述搭接表面和邻近于所述第一金属基底的第二金属基底之间形成冶金接头；以及在所述第二金属基底邻近于所述第一金属基底之前，经由超声波焊接将所述反应材料附连于所述搭接表面。

【技术特征摘要】
2017.04.04 US 15/4786941.一种方法，包括：选择第一金属基底的搭接表面；将反应材料放置在所述搭接表面上，所述反应材料构造成在所述搭接表面和邻近于所述第一金属基底的第二金属基底之间形成冶金接头；以及在所述第二金属基底邻近于所述第一金属基底之前，经由超声波焊接将所述反应材料附连于所述搭接表面。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述第一金属基底的所述搭接表面附近移动所述第二金属基底；将所述反应材料压缩在所述第一金属基底和所述第二金属基底之间；以及加热所述反应材料以使用反应冶金连结来连结所述第一金属基底和所述第二金属基底。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应材料限定几何形状，所述几何形状构造成控制熔融材料在将所述第一金属基底反应冶金连结于所述第二金属基底期间的流动。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应材料是多功能反应材料，所述多功能反应材料包括内部材料和外部材料，且所述内部材料不同于所述外部材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述内部材料和所述外部材料在加热所述反应材料之前各自接触所述第一金属基底和所述第二金属基底。6.一种方法，包括：选择第一金属基底的第一搭接表面；将反应材料放置在所述第一搭接表面上，所述反应材料构造成在所述搭接表面和第二金属基底的第二搭接表面之间形成冶金接头；经由超声波焊接将所述反应材料附连于所述第一搭接表面；在将所述反应材料附连于所述第一搭接表面之后，将所述第二搭接表面设置成与所述反应材料接触；以及经由熔融焊接将所述第一金属基底焊接于所述第二金属基底。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述反应材料限定几何形状，所述几何形状构造成控制熔融材料在将所述第一金属基底焊接于所述第二金属基底时的流动。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·W·蔡，王宏亮，周琛，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US