铝基复合材料的液相扩散焊连接新工艺制造技术

本发明专利技术提出一种铝基复合材料液相扩散焊连接的新工艺，该连接工艺属于金属的扩散焊连接工艺技术领域。本发明专利技术的特征是，只利用两个要被焊接的铝基复合材料件对接或搭接，当扩散中焊接温度准确地选择为处于铝基材料的液、固相温度区间内的高于某“临界温度”的某一温度区间内的任一温度时，能够实现具有高强度接头的扩散焊；上述临界温度和上述高于该临界温度的某一温度区间由于铝基材料和增强材料不同而改变，当确定的铝基材料和增强材料数量比不同时，上述临界温度和温度区间也改变，该临界温度和温度区间应当通过试验确定或由经验决定。本发明专利技术的工艺可以广泛地用于铝基复合材料的扩散焊。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利提出的铝基复合材料的液相扩散焊连接新工艺属于金属的扩散焊连接工艺
铝基复合材料由于其优良的综合性能而在航天、航空、军事及民用领域具有巨大的潜在应用价值，对其焊接性的研究已经引起各国的高度重视，但是，由于构成铝基复合材料的两种材料的物理和化学性能相差很大，导致其焊接性很差。至今为止，尚没有一种非连续增强铝基复合材料的成熟的焊接连接工艺。有人利用铝基复合材料的基体铝合金做为中间层进行扩散焊连接铝基复合材料，例如铝基复合材料Al2O3p/6061利用其基体材料铝合金6061做中间层进行真空扩散焊连接。虽然当焊接温度设定在600℃时，能够得到铝合金中间层与两侧上述铝基复合材料实现结合，但是，结果接头强度不够理想，试验分析表明，由于加入了铝合金中间层，在其结合界面上微观组织中出现了“无增强相带”，这必定破坏焊接接头组织的整体性，因而明显降低了铝基复合材料焊接接头的力学性能，其中特别是焊接接头强度下降。还有人采用Cu箔作中间层进行铝基复合材料的瞬时液相扩散焊，由于Cu中间层扩散不均匀，在接头区域易产生脆性相，因而极大地降低了接头强度。本专利技术的目的在于，为克服现有技术存在的上述问题，提出一种能使铝基复合材料得到优良的综合性能、强度高的焊接接头的全新的扩散焊工艺。本专利技术的目的通过以下的技术方案达到一种铝基复合材料的扩散焊接连接工艺，其中，铝基复合材料由铝基材料和弥散混合其内的增强材料组成，其特征在于，只利用两个要被焊接的铝基复合材料件对接或搭接，当扩散焊连接工艺中焊接温度准确地选择为处于铝基材料的液、固相温度区间内的高于某“临界温度”的某一温度区间内的任一温度时，能够实现由于铝基相和增强相良好结合而形成的具有高强度和优良的综合性能的扩散焊接头；上述临界温度和高于该临界温度的上述某一温度区间由于铝基材料和增强材料种类不同而改变；当确定的铝基材料和增强材料的数量比不同时，上述临界温度和温度区间也改变；上述临界温度和温度区间应当通过试验或经验决定。上述的铝基材料是各种高强度铝合金。上述的增强材料是能够形成晶须或直径10μm以下的颗粒的硬质材料。当焊件为铝基复合材料Al2O3p/6061时，焊接尺寸为5×10×30mm3，增强材料呈颗粒状，颗粒尺寸10μm以下，铝基材料6061与增强材料Al2O3p的体积数量比为70∶30，铝基复合材料Al2O3p/6061的液相扩散焊连接工艺规范为真空度1.33×10-1～1.33×10-2Pa，焊接温度600℃～620℃，焊接压力4-6MPa，焊接时间30分钟，焊件表面粗糙度0.4～0.7μm。当焊件为铝基复合材料SiCw/6061时，焊接尺寸为5×10×30mm3增强材料呈晶须状，铝基材料6061与增强材料SiCw的体积数量比为80∶20，铝基复合材料SiCw/6061Al的液相扩散焊连接工艺规范为真空度1.33×10-1～1.33×10-2Pa，焊接温度580℃～610℃，焊接压力4-6MPa，焊接时间30分钟，焊件表面粗糙度0.4～0.8μm。当焊件为铝基复合材料SiCp/2A12，焊件尺寸为50×10×30mm3，增强材料SiCp呈颗粒状，颗粒直径10μm以下，铝基材料2A12与增强材料SiCp的体积数量比为85∶15，该扩散焊连接工艺的规范参数为真空度1.33×10-1～1.33×10-2Pa，焊接温度575℃～615℃，焊接压力4-6MPa，焊接时间30分钟，焊件表面粗糙度0.4～0.8μm。当焊件为铝基复合材料SiCp/ZL101，焊件尺寸为5×10×30mm3，增强材料SiCp呈颗粒状，颗粒直径10μm以下，铝基材料ZL101与增强材料SiCp的体积数量比为80∶20，该扩散焊连接工艺的规范参数为真空度1.33×10-1～1.33×10-2Pa，焊接温度560℃～590℃，焊接压力4-6MPa，焊接时间30分钟，焊件表面粗糙度0.4～0.8μm。当焊件为铝基复合材料AlNp/2014，焊件尺寸为5×10×30mm3，增强材料AlNp呈颗粒状，颗粒直径10μm以下，铝基材料2014与增强材料AlNp的体积数量比为75∶25，该扩散焊连接工艺的规范参数为真空度1.33-1～1.33-2Pa，焊接温度580℃～618℃，焊接压力4-6MPa，焊接时间30分钟，焊件表面粗糙度0.3～0.7μm。采用本专利技术的铝基复合材料的液相扩散焊工艺与现有技术中添加铝合金或Cu中间层的扩散焊工艺相比较，可以明显地可靠地获得高强度和高质量的焊接接头。本专利技术的方法适用于各种高强度铝合金的铝基材料和能够形成须晶或颗粒的硬质材料构成的铝基复合材料的焊接，其中铝基材料例如6061、6063、2014、2A12、5A06、7A04、6A02、2A14、7075、、ZL101、ZL104等等，增相材料如SiC晶须，SiC颗粒，Al2O3颗粒，Al2O3晶须，Si3N4颗粒，Si3N4晶须，TiC颗粒，AlN颗粒等等。附图说明图1、采用本专利技术的液相扩散焊连接工艺焊接铝基复合材料Al2O3p/6061时焊接温度与接头的拉伸强度和变形量的关系曲线图；图2、采用本专利技术的液相扩散焊接工艺焊接铝基复合材料Al2O3p/6061的焊件实物外观照片。下面结合附图详细说明本专利技术的铝基复合材料Al2O3p/6061的液相扩散焊工艺。首先说明Al2O3p表示呈颗粒状的Al2O3，SiCp表示呈颗粒状的SiC，AlN表示呈颗粒状的AlN，SiCw表示呈晶须状的SiC。正如图1清楚表示的，当利用液相扩散焊焊接铝基复合材料Al2O3p/6061时，随着焊接温度的不断提高，可以分为以下4个阶段1当焊接温度为其铝基材料的固相线以下温度区(500-581℃)时，即图中的I区域，焊接接头强度随焊接温度升高而增加，最大可达铝基材料强度的36％，变形量＜2％，在该温度范围内，扩散焊接界面上的基体相(基体材料形成)与增强相(增强材料形成)未实现结合，并且存在增强相/增强相直接接触部位，此时接头的形成主要依靠铝基材料之间的扩散结合。2当焊接温度位于铝基材料的固相线温度(581℃)与“临界温度”(600℃)的温度区期内时，即图1所示的II区域，此时为接头强度急剧变化的区域，接头强度明显增加，接头变形为＜2％。在此温度区间内，扩散焊接界面上基体相与增强相实现良好结合，但仍存在增强相/增强相直接接触部位。3当焊接温度位于“临界温度”以上，即图1中所示的III区域，即温度为600-620℃区域，此时，液相基体相份率在16-37％之间，此区域接头强度仍然很高，并且稳定，该强度接近铝基材料强度的60％，变形＜2％，在该区域内扩散焊接界面上基体相与增强相实现良好结合，并且一定体积份率的基体相液相对增强相/增强相直接接触部位进行良好的浸润。该临界温度以上的区域III即为本专利技术的铝基复合材料的液相扩散焊的焊接温度。4、随着焊接温度进一步增加，当基体相液相份率超过37％时，液态基体相凝固会引起增强相偏聚，接头的变形量显著增加，引起结构失效。根据以上的说明可以看出，所谓的“临界温度”是基体材料固相、液相区间的一个温度值，在该温度值，不仅能实现基体相与增强相之间的良好结合，而且基体相液相能对增强相/增强相直接接触部位开始实现良好浸润，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基复合材料的扩散焊接连接工艺，其中，铝基复合材料由铝基材料和弥散混合其内的增强材料组成，其特征在于，只利用两个要被焊接的铝基复合材料件对接或搭接，当扩散焊连接工艺中焊接温度准确地选择为处于铝基材料的液、固相温度区间内的高于某“临界温度”的某一温度区间内的任一温度时，能够实现由于铝基相和增强相良好结合而形成具有高强度和优良综合性能的扩散焊接头；上述临界温度和高于该临界温度的上述某一温度区间由于铝基材料和增强材料种类不同而改变；当确定的铝基材料和增强材料数量比不同时，上 述临界温度和温度区间也改变；上述临界温度和温度区间应当通过试验或由经验决定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛济泰，刘黎明，王慕珍，翟瑾番，孟庆昌，于杰，线恒泽，刘兴秋，郭永良，吴林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]