一种铝镁合金的扩散连接方法技术

本发明专利技术提出了一种铝镁合金的扩散连接方法，包括：将Al‑Cu‑Si‑Ni钎料层置于两铝镁合金之间，采用放电等离子烧结工艺进行扩散连接，得到具有扩散反应层的铝镁合金连接接头。本发明专利技术所述的铝镁合金的扩散连接方法，其可以用于克服现有铝镁合金焊接技术中存在的接头强度低、精度控制难、生产效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝镁合金的扩散连接方法
本专利技术涉及材料焊接
，尤其涉及一种铝镁合金的扩散连接方法。
技术介绍
铝镁合金拥有比重小、比强度高、良好的抗腐蚀性及耐损伤性等特点，是航空航天、汽车船舶、武器装备最理想的高强度结构材料之一。例如，雷达波导腔、辐射板、微通道换热器选材均为5A06等铝镁合金。该类复杂精密结构焊接制造不仅具有高强度、高可靠性、高稳定性的要求，还需控制焊接变形量在严格的范围内以满足高精度的电信传输功能，因而发展可靠的铝镁合金精密连接技术便成为了应用中亟待解决的关键问题。目前，雷达波导精密焊接工艺以真空钎焊和扩散焊接为主。然而，属于5系铝合金5A06为所有铝合金中对真空钎焊和扩散焊接适应性最差的铝合金之一。一方面因真空钎焊和扩散焊接时间长，母材中镁元素在真空环境中挥发较为严重，长时间的高温保温还会导致晶粒发生再结晶、过度长大或者过烧，母材组织性能劣化；另一方面因母材熔点较低，可选的钎料成分窗口较窄，在钎焊过程中母材可能向钎料溶解；其次因镁含量较高，待焊界面除了极易形成致密且性质稳定的Al2O3氧化膜之外，还易形成连续且更加致密的MgO氧化膜。由于氧化膜与铝合金基体热膨胀系数不同，因此氧化膜在热力耦合作用下可以破碎，但5系铝合金强度低，塑性好，相对可处理强化的6系铝合金其扩散焊接局部界面应力较低，氧化膜更难以破碎，从而严重阻碍原子扩散与冶金结合，致使接头强度低、振动可靠性差，在机载弹载环境使用时可靠性明显不足。因此，严控焊接流程或开发新型焊接工艺，设计适应服役环境且润湿性、强塑性满足要求的钎料中间层，基于物理和化学双重原理清洁氧化膜，是实现5A06铝合金精密焊接的发展趋势。雷达波导结构焊接除了需解决以上5A06等铝镁合金焊接性差的难题之外，还涉及工艺和结构难题。在钎焊过程中，较厚的钎料层在焊缝连接面上铺展并在焊接面边缘形成圆角，存在精度控制不良、钎料流淌堵塞通道以及微波损耗大等问题；在真空扩散焊接过程中，为了实现充分的界面原子扩散和冶金键合，长达数小时的高温保压导致焊接结构件发生严重的塑性变形甚至蠕变变形，控制接头变形与提高界面结合率的矛盾很难协调。随着新一代毫米波雷达的发展，毫米波波导精密结构对焊接质量的严苛要求进一步彰显，因此，亟需突破5A06等铝镁合金真空钎焊和扩散焊接生产效率低，接头质量不高的瓶颈。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种铝镁合金的扩散连接方法，其可以用于克服现有5A06等铝镁合金焊接技术中存在的接头强度低、精度控制难、生产效率低的问题。本专利技术提出的一种铝镁合金的扩散连接方法，包括：将Al-Cu-Si-Ni钎料层置于两铝镁合金之间，采用放电等离子烧结工艺进行扩散连接，得到具有扩散反应层的铝镁合金连接接头。本专利技术中，通过放电等离子体烧结工艺进行扩散连接，具有加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料自然状态的优点，最终可以得到高致密度的材料，且可以烧结梯度材料以及复杂工件。由于放电等离子烧结炉工艺的真空度极限只能达到20Pa，无法满足5A06等铝镁合金焊接对于高真空度(1×10-3MPa以下)的严苛要求，本专利技术中，采用Al-Cu-Si-Ni钎料可以辅助抑制和去除5A06等铝镁合金表面生成致密氧化膜。一方面，在放电等离子烧结工艺的钎焊温度下，熔化的钎料与母材润湿性好，钎料熔化流动覆盖母材表面起到隔绝保护作用；另一方面，由于5A06等铝镁合金基体和氧化膜热膨胀系数不同，放电等离子烧结工艺的焊接热应力和加载应力共同作用使得氧化膜内部产生微裂纹变得疏松破裂，液态钎料对疏松的氧化膜具有吸附和溶解作用，钎料在母材上铺展使氧化膜漂浮起来，在加载压力作用下随着熔化的钎料流溢到焊缝以外。本专利技术中，Al-Cu-Si-Ni钎料层为Al-Cu-Si三元共晶钎料，钎料凝固后形成的CuAl2相和Si颗粒相能够提高接头的强度，添加与Cu无限互溶的Ni元素为了改变CuAl2金属间化合物的含量和形态，降低CuAl2相造成的接头脆性，使接头性能稳定。本专利技术中，使用Al-Cu-Si-Ni钎料使连接接头具有与母材相近的热机械性能，从而降低了连接接头和母材之间的残余应力，避免了接头微裂纹的形成。与此同时钎料不含易挥发元素，适用于保护气氛炉中或真空中的焊接。优选地，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的固相温度为510-530℃，液相温度为530-550℃。优选地，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的化学组成为：Cu18-22wt％、Si4-6wt％、Ni1-3wt％、余量为Al。优选地，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的厚度为100-200μm。优选地，所述扩散连接过程中，真空度不高于50Pa，加载压力为0.3-6MPa。优选地，所述扩散连接过程中，升温速率为30-50℃/min，烧结温度为500-560℃，保温时间为5-10min。优选地，所述扩散连接过程中，降温速率为30-50℃/min。本专利技术中，之所以选定烧结温度为500-560℃，是由于此条件下，Al-Cu-Si-Ni钎料层处于未熔化，部分熔化和完全熔化状态。当钎料层材料未熔化时，属于放电等离子扩散焊，通过等离子表面活化效应净化界面氧化膜，通过电迁移效应以及中间层与母材的成分梯度诱导界面处的原子扩散，进一步还能借助中间层增大界面处接触电阻和焦耳产热。当中间层材料完全熔化时，属于放电等离子瞬时液相扩散焊接，中间层材料具有润湿母材阻碍氧化膜生长，诱导原子扩散以及通过三元共晶反应产生α-Al+β-Si+θ-Al2Cu强化相的作用。优选地，在扩散连接之前，还包括对铝镁合金的待连接面和Al-Cu-Si-Ni钎料层的待连接面进行表面处理，去除氧化膜和油污。优选地，所述表面处理具体包括：对铝镁合金的待连接面依次进行打磨，抛光，碱洗，酸洗，超声清洗和涂覆活性剂；优选地，依次采用400#、800#、1000#、1500#的金相砂纸对铝镁合金的待连接面进行打磨；优选地，采用粒径为1-3.5μm的金刚石研磨抛光悬浮液对铝镁合金的待连接面进行抛光；优选地，采用浓度为5wt％的NaOH溶液对铝镁合金的待连接面进行碱洗，碱洗时间为30s；优选地，采用浓度为30wt％的HNO3溶液对铝镁合金的待连接面进行酸洗，酸洗时间为3min；优选地，采用酒精溶液对铝镁合金的待连接面进行超声清洗；优选地，采用二乙二醇二甲醚活性剂涂覆铝镁合金的待连接面；本专利技术中，焊前采用二乙二醇二甲醚涂覆在母材表面，起到抑制氧化膜生长的作用。所述表面处理具体还包括：对Al-Cu-Si-Ni钎料层的待连接面依次进行打磨，抛光和超声清洗；优选地，依次采用400#、800#、1000#的金相砂纸对Al-Cu-Si-Ni钎料层的待连接面进行打磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，包括：将Al-Cu-Si-Ni钎料层置于两铝镁合金之间，采用放电等离子烧结工艺进行扩散连接，得到具有扩散反应层的铝镁合金连接接头。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，包括：将Al-Cu-Si-Ni钎料层置于两铝镁合金之间，采用放电等离子烧结工艺进行扩散连接，得到具有扩散反应层的铝镁合金连接接头。


2.根据权利要求1所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的固相温度为510-530℃，液相温度为530-550℃。


3.根据权利要求1或2所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的化学组成为：Cu18-22wt％、Si4-6wt％、Ni1-3wt％、余量为Al。


4.根据权利要求1-3任一项所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述Al-Cu-Si-Ni钎料层的厚度为100-200μm。


5.根据权利要求1-4任一项所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述扩散连接过程中，真空度不高于50Pa，加载压力为0.3-6MPa。


6.根据权利要求1-5任一项所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述扩散连接过程中，升温速率为30-50℃/min，烧结温度为500-560℃，保温时间为5-10min。


7.根据权利要求1-6任一项所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，所述扩散连接过程中，降温速率为30-50℃/min。


8.根据权利要求1-7任一项所述铝镁合金的扩散连接方法，其特征在于，在扩散连接之前，还包括对铝镁合金的待连接面和Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋奎晶，朱帅，方坤，王国超，吕磊，罗俊睿，钟志宏，刘鑫泉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34