本发明专利技术为了解决现有涂层技术中存在周期较长、易生成A14C3脆性化合物、氧化膜去除不彻底的问题,提出一种铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,其步骤是:一、通过控温系统和加热系统使钎料处于半固态,将形钎料预置在待焊表面;二、耐高温金属搅拌摩擦头直接放入预置半固态钎料中预热,并与待焊表面保持一定的间隙;三、耐高温金属搅拌摩擦头旋转,使得半固态中的固相成分挤压以至破碎基体氧化膜,在破碎氧化膜的同时,液相部分覆盖在基体表面,避免基体二次氧化,并进行匀速相对运动,形成涂覆钎料,直至处理完毕;本发明专利技术操作简单、设备成本低、涂覆钎料温度低、破除氧化膜率高、不存在二次氧化的及改变基体厚度的优点,提高涂覆质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钎料涂层覆方法。
技术介绍
高比强度、高尺寸稳定性的新型航天结构材料是减轻航天器重量、提高航天器发射能力和提高武器装备瞬时应急特性的基础。铝基复合材料具有高比强度、高比弹性模量、 高尺寸稳定性、较好的耐磨性能等优点,在航天领域和武器装备领域具有重大潜在的使用价值,同时也是当前我国新材料基础研究的重点。但是,铝基复合材料欲在航天、武器装备及民品上进一步推广应用,就必须解决其二次加工技术问题,特别是一些复杂构件的焊接技术远远落后于其它技术的研究,成为该种材料走向实用化的瓶颈,因此深入研究铝基复合材料焊接中的科学问题是非常必要的。铝基复合材料的焊接研究之所以远远落后于其它二次加工技术是因为该材料的特殊结构特点导致其焊接性很差,增强相与基体在物理和化学性质方面的差异是焊接的主要难点。目前,美国、俄罗斯、英国等西方工业发达国家在铝基复合材料焊接方面开展了大量的研究工作,但也仅限于连续长纤维增强铝基复合材料的焊接得到了应用,而国内外颗粒增强铝基复合材料的焊接还仅是在实验室里进行研究,如电弧焊、激光焊、钎焊、扩散焊、 瞬时液相焊等,其中钎焊和瞬时液相焊由于可将焊接温度控制在基体与增强相不发生反应的范围内,避免了熔化焊高温带来的增强相烧损和界面反应的问题,被认为较适于该种材料的焊接的方法,近几年国内外关于这方面研究的报道也最多。但是,在上述的连接工艺过程中,为了使得复合材料的基体与基体或填充材料与基体形成冶金连接,焊前必须清理焊件表面氧化膜,焊接过程必须在真空环境下进行,而且依靠压力变形破碎表面新生氧化膜。很多种焊接方法都达不到期望的结果,而人们常用的钎焊方法也存在有接头强度受钎料限制的问题,使得铝基复合材料的焊接性能达不到预期效果。现有的钎料放置有以下方式1、预置钎料涂层将钎料制作成片状或条状,放入两个被焊物中间或旁边,利用毛细现象进行连接。此方法工艺繁琐不方便。2、熔化焊涂覆因本身高温熔化使铝基复合材料中的增强相与基体合金发生较强烈的界面反应,恶化母材的性能,并因在高温时某些增强相(如SiC)与基体Al在较大的温度范围内热力学不稳定,熔化焊涂覆高温下有害的界面反应不可避免,进一步恶化接头的性能。3、超声波涂覆超声波技术应用于某些铝合金及铝基复合的涂覆及铝的软钎焊中,但超声波功率发生器的制造复杂,成本较高。涂覆时间较短时,氧化膜去除不彻底;但涂覆时间太长则易造成母材的溶蚀,同样对涂覆质量不利,所以很难控制涂覆的工艺参数。4、火焰涂覆使用可熔融涂层材料对待涂覆物体执行涂覆的方法,此方法需要钎料与基体有较好的润湿铺展,但可熔涂层易被氧化,由于A1203的阻隔,涂覆层的质量较差。5、刮擦钎料涂覆缺点是周期较长、对氧化膜的去除是不均勻的,在氧化膜去除不彻底的地方,涂覆层容易脱落。6、旋转摩擦表面涂覆利用旋转摩擦头刮擦基体表面,使得基体露出新鲜的金属表面,液态钎料覆盖在已破氧化膜的金属表面,防止二次氧化,但其涂覆钎料的温度较高, 且破坏基体自身的厚度,易将摩擦的基体金属屑带入钎料。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在周期较长、易生成Al4C3脆性化合物、氧化膜去除不彻底的问题,以及设备昂贵、成本很高、焊件尺寸形状也很受限制等缺点,而提出了一种铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,采用的是摩擦头不接触基体,而是依靠半固态钎料的固相颗粒去挤压基体,从而达到破膜和连接的目的,并且涂覆温度较低为涂覆材料的半固态区间。本专利技术的技术方案如下一种铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,其步骤如下 步骤一通过控温系统E和加热系统R使铝基复合材料或铝合金材料A加热至钎料半固态温度,将钎料置于铝基复合材料或铝合金材料A的待焊面上熔化形成预置钎料B。步骤二 将耐高温金属搅拌摩擦头C直接插入钎料中,且与铝基复合材料或铝合金材料A的待焊面保持距离0.广1mm,使得高温金属搅拌摩擦头C预热至钎料温度。步骤三旋转耐高温金属搅拌摩擦头C,使其粗糙端面带动半固态钎料,使得固相成分挤压以至破碎铝基复合材料或铝合金材料A氧化膜,在破碎氧化膜的同时,液相部分覆盖在基体表面,并且铝基复合材料或铝合金材料A与耐高温金属搅拌摩擦头C之间进行勻速相对运动,形成钎料涂覆层D,钎料涂覆层D保护被去除氧化膜的金属不被第二次氧化,直至整个待焊表面处理完毕。本专利技术的优点在于操作简单,不需要复杂的设备,铝合金及铝基复合材料破碎氧化膜率高、周期短、不破坏母材,易实现自动化、半固态钎料的液相部分保护破碎氧化膜的母材表面不被重新氧化,同时由于钎料处于半固态使得涂层呈非枝晶组织,提高了现有钎焊方法的焊接质量。附图说明图1是本专利技术结构示意图2是耐高温金属搅拌摩擦头C的结构示意图; 图3是半固态涂层原理示意图。具体实施例方式结合图1、图2及图3说明本方法,步骤如下步骤一通过控温系统E和加热系统R使铝基复合材料或铝合金材料A加热至415°C, 使钎料处于半固态,将ZnAl钎料置于铝基复合材料或铝合金材料A的待焊面上形成预置钎料B。其中钎料化学成分百分比为锌是70、5%,铝是余量。钎料采用钎料片或手工涂覆钎料粉或钎料棒在所需要的位置上。步骤二 将耐高温金属搅拌摩擦头C直接插入处于半固态钎料中预热,并与铝基复合材料或铝合金材料A的表面保持一定距离0. 2mm ;步骤三耐高温金属搅拌摩擦头C的粗糙端面开始旋转带动半固态钎料,旋转速度为 65^1500转/分钟,使得固相成分挤压以至破碎铝基复合材料或铝合金材料A氧化膜,在破碎氧化膜的同时,液相部分覆盖在基体表面,并且铝基复合材料或铝合金材料A与耐高温金属搅拌摩擦头C之间进行勻速相对运动,速度为15 50mm / min,形成钎料涂覆层D,钎料涂覆层D保护被去除氧化膜的金属不被第二次氧化,直至整个待焊表面处理完毕;上述方法中使用的耐高温金属搅拌摩擦头C的材料为耐热合金或陶瓷,参见图2,工作部分Cl为圆环形,中空,其圆壁的厚度在0. 5^5mm ;被夹持部分C2为实心,安装在钻夹头等夹具上。钎料属于半固态,固相分数在40 90%。上述方法的工作原理为见附图3,在半固态钎料中插入耐高温金属搅拌头C,通过施加适当的搅拌力场使半固态合金中固相颗粒1挤压、破碎以至去除铝基复合材料基体氧化膜3,使得半固态合金中晶间液相2与铝基复合材料基体发生适当的扩散溶解,以至在铝基复合材料基体表面形成溶解液相4,从而形成溶解层,此时在溶解层中的SiC颗粒5在搅拌头的作用下进入焊缝中,6即为进入焊缝的SiC颗粒。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,其特征在于步骤如下:步骤一:通过控温系统(E)和加热系统(R)使铝基复合材料或铝合金材料(A)加热至钎料处于半固态,将钎料置于铝基复合材料或铝合金材料(A)的待焊面上熔化形成预置钎料(B);步骤二:将耐高温金属搅拌摩擦头(C)直接插入钎料中, 且与铝基复合材料或铝合金材料(A)的待焊面保持距离0.1~1mm,使得高温金属搅拌摩擦头(C)预热至钎料温度;步骤三:旋转耐高温金属搅拌摩擦头(C),由其粗糙端面带动半固态钎料,使得固相成分挤压以至破碎铝基复合材料或铝合金材料(A)表面的氧化膜,在破碎氧化膜的同时,液相部分覆盖在铝基复合材料或铝合金材料(A)已破膜的基体表面;同时使铝基复合材料或铝合金材料(A)与耐高温金属搅拌摩擦头(C)之间进行匀速相对运动,在铝基复合材料或铝合金材料(A)表面形成钎料涂覆层(D),钎料涂覆层(D)保护被去除氧化膜的金属不被第二次氧化,直至整个待焊表面处理完毕。
【技术特征摘要】
1.铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,其特征在于步骤如下步骤一通过控温系统(E)和加热系统(R)使铝基复合材料或铝合金材料(A)加热至钎料处于半固态,将钎料置于铝基复合材料或铝合金材料(A)的待焊面上熔化形成预置钎料⑶;步骤二 将耐高温金属搅拌摩擦头(C)直接插入钎料中,且与铝基复合材料或铝合金材料(A)的待焊面保持距离0.广1mm,使得高温金属搅拌摩擦头(C)预热至钎料温度;步骤三旋转耐高温金属搅拌摩擦头(C),由其粗糙端面带动半固态钎料,使得固相成分挤压以至破碎铝基复合材料或铝合金材料(A )表面的氧化膜,在破碎氧化膜的同时,液相部分覆盖在铝基复合材料或铝合金材料(A)已破膜的基体表面;同时使铝基复合材料或铝合金材料(A)与耐高温金属搅拌摩擦头(C)之间进行勻速相对运动,在铝基复合材料或铝合金材料(A)表面形成钎料涂覆层(D),钎料涂覆层(D)保护被去除氧化膜的金属不被第二次氧化,直至整个待焊表面处理完毕。2.根据权利要求1所述的铝合金及其复合材料半固态旋转涂覆钎料方法,其特征在于所述的钎料化学成分的百分比为锌70、5%,余量是铝。3.根据权利要求1所述的铝合金及其复合材料半固态旋转涂...
【专利技术属性】
技术研发人员:许惠斌,李彦,罗泉祥,李春天,罗怡,杜长华,陈军,
申请(专利权)人:重庆理工大学,
类型:发明
国别省市:85
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。