本发明专利技术公开了一种铝及铝合金与铜的扩散钎焊工艺，属于异种材料连接领域。该工艺选用Al-Si-Cu三元合金粉（Si含量为5%～7%，Cu含量为28%～30%，余量Al，均是质量百分数）作为连接材料，在一定真空度和一定压力下，在525℃～555℃保温10～60分钟，能够实现铝及铝合金与铜的连接。该方法利用Cu、Si原子在铝/氧化膜界面扩散形成液相，去除铝表面的氧化膜，从而实现冶金结合，接头致密，可靠性高，适用于纯铝及其合金与铜的大面积接合以及复杂结构件的焊接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝及铝合金与铜的扩散钎焊工艺，属于异种材料连接领域。
技术介绍
铝和铜是日常生活中非常常见的金属，铝在地壳中含量较高，密度小，导电、导热性能好，铜的导电导热性能仅次于银。铝及铝合金与铜的连接在电力、化工、制冷、交通运输和航空航天工业中应用广泛。铝及铝合金与铜的连接目前存在很多问题。铝铜热物理性能(熔点、线胀系数、导热率、熔化热)差别大，直接焊接时在焊缝中存在较大的热应力，因此连接效果很差；铝铜直接化合能生成多种脆性金属间化合物，这些化合物严重影响了接头的强度和抗腐蚀性能；此外母材溶蚀问题以及铝表面的氧化膜都给铝铜焊接带来了极大的阻碍。目前铝铜的有效连接方法有固相焊、钎焊、和熔化焊。2001年山东大学的李亚江等人研究了 Cu/Al真空扩散焊。其工艺是让铜板和铝板直接接触，然后在6. 7 X 10_5Pa的真空环境下对式样施加11. 5MPa的压力，在温度为520°C 540°C条件下保温60min。该方法采用固相扩散焊的技术实施焊接，由于焊接过程中需要施加11. 5MPa压力，此压力较大，而且真空度也非常高，达到了 6.7X10_5Pa，因此该方法结构适用性差，成本高。2002年孙德超等人研究了 Al-Cu接头的钎焊工艺、接头的力学性能以及抗腐蚀性能，试验采用Zn-Al基钎料配合氯化物氟化物钎剂进行焊接。由于焊接过程中采用腐蚀性较强的钎剂去除氧化膜，因此焊接完成后存在钎剂残渣，钎剂残渣对环境会造成污染和腐蚀。2003年薛松柏等人研究了 Al/Cu管的火焰钎焊技术。试验中采用含l%Si粉的改进型CsF-AlF3无腐蚀性钎剂配合Ag-Al系以及Al-Si系钎料成功进行焊接。虽然焊接过程中钎剂无腐蚀性，不需要清洗，但是由于是采用火焰钎焊的技术，工艺操作性要求高，并且无法实施大面积结合，因此其使用范围较窄。2004年新加坡制造技术研究所的T. A. Mai和A. C. Spowage采用350WNd: YAG激光器实现了 Imm厚的纯铜与A14047的焊接，对不同焊接速率下的组织形态以及显微硬度进行分析，测定Al/Cu熔合区的显微硬度较高，结果表明有大量的脆性金属间化合物生成，接头强度很差。2007年山东大学的马海军等人研究了 Al/Cu异种金属的真空钎焊工艺。试验中采用片状Al-Si钎料在590°C 615°C保温I 5min，成功进行焊接。由于试验中焊接温度较高，大大超过铝铜共晶点548°C，因此很容易造成接头溶蚀的现象。而且钎料为片状，对于一些形状复杂的结构件也没法进行焊接。2010年伊朗的T. Saeid等人研究了 6061铝合金与纯铜的搅拌磨擦焊接(FSW)，并对其焊接组织和性能进行了分析。由于搅拌摩擦焊接通常只能焊接板材，所以其应用范围较窄。综上所述，开发一种适用于铝及铝合金与铜的大面积接合以及复杂结构件的焊接技术有着重要意义，并具有巨大的经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是开发一种适用于铝及铝合金与铜的大面积接合以及复杂结构件的焊接工艺，其原理是利用Cu、Si原子在铝/氧化膜界面扩散形成液相，去除铝表面的氧化膜，从而实现冶金结合。本专利技术采用的技术方案是采用Al-Si-Cu三元合金粉(Si含量为5% 7%，Cu含量为28% 30%，余量Al，均是质量百分数)作为连接层，调成浆料后涂敷在连接面上，在真空度高于6. 0X10_3Pa，压力为O. I 5. OMPa，温度为525°C 555°C的条件下，保温10 60分钟，冷却后取出式样。 本专利技术具有的优点是(I)本专利技术采用合金粉作为连接材料，且所需连接压力低，结构适应性强，能够实现铝及铝合金与铜的大面积接合以及复杂结构焊接。(2)与现有真空钎焊工艺相比，本专利技术焊接温度低(525°C 555°C)，有利于控制溶蚀现象。(3)与现有真空钎焊工艺相比，本专利技术所需的真空度要求低，压力低(O. I 5. OMPa)，有利于降低工艺成本。具体实施例方式下面以实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例I将1060纯铝板和T2紫铜板用线切割切成尺寸为5mmX5mmX2mm和IOmmX IOmmX 2mm的薄板,然后将两薄板分别在400#和800#砂纸上打磨至光滑,经超声波清洗后用酒精清洗干净，然后将铝板分别放在浓度为10%的NaOH溶液和10%的HNO3溶液中浸泡30s后用清水洗干净。在两板中间预置好成分为67Al-5Si-28Cu (wt%)的合金粉调成的均匀浆料，用不锈钢夹具按照铝板-合金粉-中间层的顺序组装好，控制好间隙，然后向下施加5. OMPa的压力，放在真空炉内，真空度为3. O X 10 ,在525°C保温30分钟，然后随炉冷却，待炉内温度低于100°C时，取出式样，在MST810电子万能试验机上进行剪切强度测试，测试结果如表I。实施例2本实施例中，与实施例I不同的是母材采用5052铝合金与T2紫铜，采用成分为65Al-7Si-28Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为6. O X 10_3Pa，压力为3. OMPa,采用焊接温度设定为525°C时，保温45分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例3本实施例中，与实施例I不同的是母材采用6061铝合金与T2紫铜，采用成分为65Al-5Si-30Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为5. OX 10_3Pa，压力为I. OMPa，采用焊接温度设定为525°C时，保温60分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例4本实施例中，与实施例I不同的是母材采用3003铝合金与T2紫铜，采用成分为66Al-6Si-28Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为3. OX 10_3Pa，压力为5. OMPa,采用焊接温度设定为540°C时，保温20分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例5本实施例中，与实施例I不同的是母材采用1060纯铝与T2紫铜，采用成分为65Al-6Si-29Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为5. OX 10_3Pa，压力为3. OMPa,采用焊接温度设定为540°C时，保温30分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例6本实施例中，与实施例I不同的是母材采用6061铝合金与T2紫铜，采用成分为63Al-7Si-30Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为5. OX 10_3Pa，压力为l.OMPa，采用焊接温度设定为540°C时，保温40分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例7本实施例中，与实施例I不同的是母材采用5050铝合金与T2紫铜，采用成分为66Al-5Si-29Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为3. O X 10_3Pa，压力为4. OMPa,采用焊接温度设定为555°C时，保温10分钟，其余工艺步骤均与实施例I相同。实施例8本实施例中，与实施例I不同的是母材采用1060纯铝与T2紫铜，采用成分为64Al-7Si-29Cu (wt%)合金粉末作为中间层，真空度为4. OX 10_3Pa，压力为O. 5MPa，焊接温度设定为555°C，保温20分钟，其余工艺条件及步骤均与实施例I相同。实施例9本实施例中，与实施例I不同的是母材采用6005铝合金与T2紫铜，采用成分为64Al-6Si-30Cu 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝及铝合金与铜的扩散钎焊工艺，其特征在于：采用？Al？Si？Cu三元合金粉作为连接层，在一定真空度和适当压力下，保温钎焊，保温温度为525℃～555℃，保温时间为10～60分钟；Al？Si？Cu三元合金粉的成分质量百分比为Si？5%～7%，Cu？28%～30%，余量Al。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄继华，南水平，陈树海，赵兴科，张华，田景玉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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