一种泡沫铝材料的瞬间液相扩散焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种泡沫铝的焊接方法，首先对泡沫铝材料进行除锈去油处理，然后对泡沫铝焊接界面和Ａｌ４００４箔材打磨露出新鲜金属，并在超声波仪器中除去杂质后烘干，将Ａｌ４００４箔材置于两块泡沫铝连接界面之间，用固定夹具夹紧，夹紧压力为１０ＭＰａ，再把结构为泡沫铝，Ａｌ４００４箔材，泡沫铝的连接件放入无需真空环境和气体保护气氛的加热炉内加热，在５８０－７００℃时保温２０－９０分钟，最后随炉冷却２０－１８０分钟，温度降至２２０－５６０℃取出空冷，去掉夹具即得到连接良好的泡沫铝结构件。本发明专利技术具有焊接界面组织均匀、抗剪强度可达８－１０ＭＰａ、耐热性好、焊接面热影响区小、无残余应力等优点；且工序简单，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，具体涉及一种泡沫铝材料的焊接方法。
技术介绍
闭孔泡沫铝作为一种新型的功能材料，以其独特的结构和性能，而具有广阔的应 用前景。由于泡沫铝的孔隙率高，比表面积大，密度很低，具有吸音、隔热、减震、吸能如屏蔽 电磁波等特性，可以用于制作低重量、高硬度和抗弯曲的结构稳定的构件；缓冲性能好，可 以用于汽车保险杠、前身、行李箱以及高速公路的护栏等；用于装饰材料可以阻燃，还可用 于过滤或透气，如压缩空气的过滤、各种气体、水溶液、油类及金属熔体的过滤，也可用于散 热器。目前，国内外已有的泡沫铝连接技术，主要采用钎焊技术或二次发泡技术。钎焊法连接泡沫铝，首先要采用自制的中间层钎料，在加热过程中，第一阶段在低 温时抽真空，第二阶段在充满氮气保护下加热至595-605°C保温3-6分钟，该方法连接的泡 沫铝(孔隙率为75%)接头抗剪强度在0.9MPa左右。如东南大学的何德坪等采用自制中间 钎料和钎剂，在带氮气保护的真空炉内焊接闭孔泡沫铝，其工序复杂，成本较高。二次发泡法连接泡沫铝，不需要中间层材料，加热过程分为两步在300-650°C预 热一段时间，然后升至高温650-1200°C保温5-50分钟进行二次泡沫化连接，该方法焊接后 的抗剪强度大约是泡沫铝基体材料的90%。如何德坪等人采用高温二次发泡技术来连接泡 沫铝，但由于连接界面孔隙率对焊接影响较大，使得该技术应用受到限制。以上两种方法各有缺陷，第一种保温时间过短，不利于界面层成分扩散和均勻化 凝固；第二种方法将泡沫铝基体加热至高温时，对材料自身强度和塑性造成很大破坏。但到 目前为止，尚未见关于泡沫铝瞬间液相扩散焊接技术的文献。
技术实现思路
本专利技术针对当前存在的技术问题，提供了一种泡沫铝材料焊接方法的技术方案 选用与泡沫铝材料成分相似的A14004金属箔材作为连接中间层，加热至A14004金属箔熔化的温度，使其首先发生活化反应，分解出活性Si原子迅速扩散到与泡沫铝相接触的 界面，一方面激活该界面上泡沫铝的Si、Ti、Mg等原子，另一方面，促进上述各原子间相互 扩散反应，生成新相，从而使泡沫铝与中间层金属箔界面形成扩散反应层，实现泡沫铝的冶 金结合。在保温过程中，随扩散反应的进行，中间层液相成分改变，熔点不断提高，此时中间 层液相开始等温凝固。在后续过程中，各元素进一步扩散，结合面成分趋于均勻化，最后完 成泡沫铝之间的连接。该方案无需自制钎焊材料，因而简单易行、加工成本低廉，即可获得规格多样，且 结合强度高、力学性能优良的焊接泡沫铝产品。本专利技术所提供的泡沫铝的焊接方法，其特征在于按如下步骤进行(1)材料处理对上、下泡沫铝材料界面进行去除油渍及氧化皮处理，然后对上、下泡沫铝材料焊接界面和中间层铝箔进行打磨，之后用超声波振荡清除杂质，烘干；再将上、下泡 沫铝材料和中间层铝箔，用夹具固定，形成结构为上泡沫铝材料，中间层铝箔和下泡沫铝 材料的连接件，并对连接件施加IOMPa的压力；(2)等温加热将上述连接件放置在加热炉内温度升至580-70(TC，保温20-90分钟；(3)冷却将上述等温加热的连接件随炉冷却20-180分钟后取出，温度降至 220-560°C，放置于空气中冷却至室温，去掉夹具。上述的中间层箔为铝合金A14004，其组成按重量百分比为A1 86 88. 5%、Si 9. 0 10. 5%、Mg 1. 0 2. 0%、Cu 0. 50 1. 3%、Fe 0. 8%，其厚度为 50 μ m。上述的泡沫铝 的组成按重量百分比为A1 87. 5%、Si :12. 5%。上述的去除油渍采用10%体积分数的NaOH 溶液浸泡1分钟，然后用10%体积分数的HCl溶液浸泡1分钟中和。上述的烘干是在温度 为80°C真空度为负0. 09MPa的真空箱中对上、下泡沫铝材料及中间层铝箔烘干100分钟。本专利技术与现有技术相比较，具有的特点和产生的有益效果是 (1)本专利技术由于采用与待连接泡沫铝成分相近的中间层材料以及低温瞬间液相连接 技术，连接后中间界面过渡区成分与基体一致；(2)泡沫铝瞬间液相扩散焊接温度较钎焊熔化温度低，焊接过程中对待连接泡沫铝基 体的组织和性能影响小，焊接面热影响区小；(3)在瞬间液相扩散焊连接等温凝固中因扩散效果，泡沫铝基体与中间层之间显微组 织均勻，因此，其连接界面的结合强度比一般钎焊界面高(4)由于中间层熔化，在多孔隙连接界面上铺展，起到良好的过渡界面层作用，使得连 接的孔隙壁面积增大，有效避免了泡沫铝多孔隙的不利影响；(5)本专利技术无需对焊接界面进行精加工，只要去除油污及氧化层即可，简化了工序；(6)本专利技术无需对扩散焊接过程充氮气保护气氛，不需要真空环境，设备简单，成本较低；(7)本专利技术采用商业A14004金属箔，无需自制焊接材料，显著减少了工作量；(8)本专利技术将待连接泡沫铝材料整体加热，受热均勻，且冷却过程缓慢，有效避免了焊 后材料的残余应力；(9)本专利技术是将泡沫铝材料整体加热至Al-Si共晶温度左右，因此连接后的结构件具 有耐高温性能。附图说明图1为模具装卡示意图，其中，1上夹板，2螺栓，3下夹板，4夹紧螺母，5下泡沫铝 材料，6中间层A14004金属箔，7上泡沫铝材料；图2为泡沫铝材料的连接界面SEM组织形貌图。具体实施例方式实施例1 本专利技术的泡沫铝材料瞬间液相扩散焊连接方法是中间层箔为铝合金A14004，其组成按重量百分比为=Al :86 88. 5%、Si :9· 0 10. 5%、 Mg :1· 0 2. 0%、Cu 0. 50 1. 3%、Fe :0· 8%，其厚度为50 μ m。泡沫铝的组成按重量百分比 为:A1 87. 5%、Si 12. 5% ；4(1)将待连接泡沫铝表面进行除锈去油处理，用10%体积分数的NaOH溶液浸泡1分钟 除氧化物及杂质，然后用10%体积分数的HCl溶液浸泡1分钟中和，用砂纸打磨待连接泡沫 铝的焊接界面和中间层材料A14004箔材(市销产品)，将处理好的泡沫铝和A14004箔材放 置超声波仪器中震荡30分钟除去杂质，最后放置真空度为负0. 09MPa的真空箱中在80°C下 干燥100分钟；(2)将A14004金属箔材置于两块泡沫铝的待焊表面之间，组合成泡沫铝，A14004金属 箔和泡沫铝夹层结构后，在焊接卡具中固定夹紧，并对连接件施加IOMPa的压力，此压力通 过扳手扭矩确定(如图1所示)；(3)将加热炉温度升至580°C，然后将焊接试样放置炉内，保温20分钟，随后在炉内冷 却20分钟，温度降至500°C，再取出空冷至室温；(4)取下螺栓等卡具，即可得到瞬间液相连接的泡沫铝材料。经检测连接的泡沫铝材料界面抗剪强度达到8MPa。实施例2 本专利技术的泡沫铝材料瞬间液相扩散焊连接方法是中间层箔为铝合金A14004，其组成按重量百分比为=Al :86 88. 5%、Si :9· 0 10. 5%、 Mg :1· 0 2. 0%、Cu 0. 50 1. 3%、Fe :0· 8%，其厚度为50 μ m。泡沫铝的组成按重量百分比 为:A1 87. 5%、Si 12. 5% ；(1)将待连接泡沫铝表面进行除锈去油处理，用10%体积分数的NaOH溶液浸泡1分钟 除氧化物及杂质，然后用10%体积分数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫铝材料的瞬间液相扩散焊接方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤一：材料处理：对上、下泡沫铝材料界面进行去除油渍及氧化皮处理，然后对上、下泡沫铝材料焊接界面和中间层铝箔进行打磨，之后用超声波振荡清除杂质，烘干；再将上、下泡沫铝材料和中间层铝箔，用夹具固定，形成结构为：上泡沫铝材料，中间层铝箔和下泡沫铝材料的连接件，并对连接件施加１０ＭＰａ的压力；步骤二：等温加热：将上述连接件放置在加热炉内，在温度升为５８０－７００℃的条件下，保温２０－９０分钟；步骤三：冷却：将上述等温加热的连接件随炉冷却２０－１８０分钟后取出，温度降至２２０－５６０℃，放置于空气中冷却至室温，去掉夹具。

【技术特征摘要】
一种泡沫铝材料的瞬间液相扩散焊接方法，其特征在于按如下步骤进行步骤一材料处理对上、下泡沫铝材料界面进行去除油渍及氧化皮处理，然后对上、下泡沫铝材料焊接界面和中间层铝箔进行打磨，之后用超声波振荡清除杂质，烘干；再将上、下泡沫铝材料和中间层铝箔，用夹具固定，形成结构为上泡沫铝材料，中间层铝箔和下泡沫铝材料的连接件，并对连接件施加10MPa的压力；步骤二等温加热将上述连接件放置在加热炉内，在温度升为580 700℃的条件下，保温20 90分钟；步骤三冷却将上述等温加热的连接件随炉冷却20 180分钟后取出，温度降至220 560℃，放置于空气中冷却至室温，去掉夹具。2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝材料的瞬间液相...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖国胤，姚广春，李小兵，关志昊，宋滨娜，丁明明，仲照阳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]