一种高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法，涉及一种陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法。本发明专利技术是要解决现有高体积含量陶瓷增强铝基复合材料钎焊钎料润湿性不好，钎焊接头强度低的问题。方法：一、对待焊面进行处理；二、溅射沉积Ti活性层；三、真空钎焊，随炉冷却至室温，即完成高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接。本发明专利技术钎料在母材表面的润湿性好，钎料与增强相能够形成有效连接，接头的剪切强度高。应用于陶瓷增强铝基复合材料焊接领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法。
技术介绍
复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料。铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基复合技术容易掌握，易于加工等。 此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。但是，增强相的引入，使得其焊接工艺过程变得相当困难。目前铝基复合材料的连接主要包括熔化焊、固相焊、钎焊三大类，而钎焊由于加热时间短，焊接温度低，对增强体不会造成大的损伤，且这种方法简单易行，对焊件尺寸、形状等有较大的自由度，因此被认为是最有可能用于金属基复合材料焊接的方法。但是，铝本身钎焊性不良，加入高体积含量增强相后，母材的润湿性和陶瓷相得连接成为钎焊铝基复合材料最主要的问题。采用常规焊接铝合金的Ai-Si系钎料和&1-A1系钎料焊接复合材料时，钎料-增强相之间的连接为弱连接，连接界面几乎不发生反应。所以，当增强相体积分数很大时，常规的Ai-Si系钎料或者ai-ΑΙ系钎料在复合材料表面的润湿性不好，接头的剪切强度不高，约为20 40MPa。另外由于复合材料基体材料Al熔点仅为660°C，在600°C就会发生过烧现象，所以，钎焊温度在600°C以下时，很难实现钎料对复合材料良好润湿、钎料和增强相的良好连接。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有高体积含量陶瓷增强铝基复合材料钎焊钎料润湿性不好，钎焊接头强度低的问题，提供。本专利技术高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法，按以下步骤进行一、对待焊面进行处理将Al-Si-Mg钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的待焊面用砂纸打磨，然后将钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料浸入丙酮中超声波清洗10 20min， 晾干；二、溅射沉积Ti活性层将步骤一处理后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空磁控溅射设备中，溅射沉积厚度为500nm 2 μ m的Ti活性层；三、真空钎焊将溅射沉积Ti活性层之后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空钎焊炉中，采用Al-Si-Mg 钎料，以10 20°C /min的速度，升温到550 600°C，保温5 30min，再以15°C /min的速度降温到300°C后，随炉冷却至室温，即完成高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接。本专利技术采用Ti作为钎焊接头的活性层，采用Al-Si-Mg作为钎料，在升温过程中 Al-Si-Mg熔化后，Al和Si元素与活性层中的Ti元素反应生成化合物，形成反应层，并且钎料中的Si元素也扩散到母材的铝合金基体当中形成Al-Si共晶组织。其中，Ti活性层可以改善钎料在母材的润湿性，钎料在母材(铝基复合材料)表面的润湿性好，钎料与增强相能够形成有效连接；并且钎料中的Al、Si元素与活性层中的Ti元素反应生成针状的Ti (Al，Si)化合物，化合物的针状结构有益于提高接头的剪切强度，接头的剪切强度达 60 90MPa，溅射沉积Ti活性层后的接头剪切强度比相同工艺参数下未溅射沉积Ti活性层的接头提高了 5 8倍。本专利技术在600°C以下即可实现钎料对复合材料的良好润湿及钎料和增强相的良好连接。附图说明图1为具体实施方式十八中Al-llSi_2Mg钎料在溅射沉积Ti活性层的铝基复合材料表面的润湿性照片；图2为具体实施方式十八中Al-IlSi-2Mg钎料在未溅射沉积Ti活性层的铝基复合材料表面的润湿性照片；图3为具体实施方式十八得到的连接接头扫描电镜照片；图4为图3中A处的放大图；图5为具体实施方式十八中使用未溅射沉积Ti活性层的铝基复合材料得到的连接接头扫描电镜照片。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法，按以下步骤进行一、对待焊面进行处理将Al-Si-Mg钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的待焊面用砂纸打磨，然后将钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料浸入丙酮中超声波清洗10 20min，晾干；二、溅射沉积Ti活性层将步骤一处理后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空磁控溅射设备中，溅射沉积厚度为500nm 2 μ m的Ti活性层； 三、真空钎焊将溅射沉积Ti活性层之后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空钎焊炉中，采用Al-Si-Mg钎料，以10 20°C /min的速度，升温到550 600°C，保温5 30min，再以15°C /min的速度降温到300°C后，随炉冷却至室温，即完成高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接。本实施方式所述高体积含量陶瓷增强铝基复合材料是指陶瓷增强体的体积百分比含量高于35%的铝基复合材料。本实施方式中Ti活性层可以改善钎料在母材的润湿性，钎料在母材(铝基复合材料)表面的润湿性好，钎料与增强相能够形成有效连接；并且钎料中的Al、Si元素与活性层中的Ti元素反应生成针状的Ti (Al，Si)化合物，化合物的针状结构有益于提高接头的剪切强度，接头的剪切强度达60 90MPa，溅射沉积Ti活性层后的接头剪切强度比相同工艺参数下未溅射沉积Ti活性层的接头提高了 5 8倍。本实施方式在600°C以下即可实现钎料对复合材料的良好润湿及钎料和增强相的良好连接。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中超声波清洗 IOmin0其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中超声波清洗 20min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中超声波清洗 15min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中溅射沉积厚度为500nm的Ti活性层。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中溅射沉积厚度为2μπι的Ti活性层。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中溅射沉积厚度为600nm 1.5μπι的Ti活性层。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中溅射沉积厚度为SOOnm 1.2μπι的Ti活性层。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中溅射沉积厚度为Iym的Ti活性层。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中以 IO0C /min的速度升温。其它与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式十一本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中以20°C /min的速度升温。其它与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式十二 本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中以15°C /min的速度升温。其它与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式十三本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是步骤三中升温到5本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法，其特征在于高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法，按以下步骤进行：一、对待焊面进行处理：将Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的待焊面用砂纸打磨，然后将钎料和高体积含量陶瓷增强铝基复合材料浸入丙酮中超声波清洗１０～２０ｍｉｎ，晾干；二、溅射沉积Ｔｉ活性层：将步骤一处理后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空磁控溅射设备中，溅射沉积厚度为５００ｎｍ～２μｍ的Ｔｉ活性层；三、真空钎焊：将溅射沉积Ｔｉ活性层之后的高体积含量陶瓷增强铝基复合材料置于真空钎焊炉中，采用Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ钎料，以１０～２０℃／ｍｉｎ的速度，升温到５５０～６００℃，保温５～３０ｍｉｎ，再以１５℃／ｍｉｎ的速度降温到３００℃后，随炉冷却至室温，即完成高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林铁松，何鹏，王百慧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93
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