CN112756771A - 一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及扩散焊制备异种金属，更具体的说是一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，该方法包括以下步骤：步骤一：铝基板进行表面搅拌摩擦处理得到铝基板塑性强化表面；步骤二：高温金属基板进行表面搅拌摩擦处理得到高温金属基板塑性强化表面；步骤三：铝基板塑性强化表面和高温金属基板塑性强化表面进行真空扩散焊；通过对待焊工件表面进行搅拌摩擦这种强形变处理手段，在原材料的表面制备出塑性强化的表层。塑性变形程度的增加，界面处产生晶体缺陷，如位错和空位，可作为原子快速扩散的通道；而内应力、晶粒细化产生的高能非平衡的变形态晶界，提高了原子扩散的能力。

Description

一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法
技术领域
本发明涉及扩散焊制备异种金属，更具体的说是一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法。
背景技术
例如申请号20101056538.4一种用于金属材料的低温扩散焊接方法，该方法将表面纳米化技术应用于扩散焊，利用纳米结构的高扩散性和低晶粒长大温度来大幅度降低传统扩散焊接的温度和压力，缩短保温时间，并提高接头的综合服役性能。所选用的板材为铜、铁、铝、镁、钛、钴、镍或低碳钢的纯金属或合金，接头组织为粗晶、细晶混合的多模显微组织结构。所使用的表面纳米化方法包括表面机械研磨、高能喷丸和动态轧；该发明的缺点是不能通过焊前的强形变作用来降低或减少真空扩散焊过程中的温度、压力、时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，可以通过焊前的强形变作用来降低或减少真空扩散焊过程中的温度、压力、时间。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：铝基板进行表面搅拌摩擦处理得到铝基板塑性强化表面；
步骤二：高温金属基板进行表面搅拌摩擦处理得到高温金属基板塑性强化表面；
步骤三：铝基板塑性强化表面和高温金属基板塑性强化表面进行真空扩散焊。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述铝基板表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头的夹持部安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头的搅拌针压入铝基板，轴肩与铝基板的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头的进行速度，对铝基板进行表面搅拌摩擦处理，得到铝基板塑性强化表层。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述铝基板表面预先使用丙酮清理。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述高温金属基板表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头的夹持部安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上，并将轴肩的底面与高温金属基板的表面接触；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头的搅拌针压入高温金属基板，轴肩与高温金属基板的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头的进行速度，对高温金属基板进行表面搅拌摩擦处理，得到高温金属基板塑性强化表面。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述高温金属基板表面预先使用丙酮清理。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述铝基板塑性强化表面和高温金属基板塑性强化表面进行真空扩散焊接的步骤为：
步骤一：对铝基板塑性强化表层和高温金属基板塑性强化表面进行机械加工，铝基板塑性强化表层和高温金属基板塑性强化表面表面达到一定平整度和光滑度；
步骤二：将铝基板塑性强化表层和高温金属基板塑性强化表面相接触，并放置于真空炉中，设置真空炉内焊接压力、升温速率和保温时间；
步骤三：保温结束后，冷却至室温，得到焊接连接件。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，所述高温金属基板为铁、铜或者钛。
本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法的有益效果为：
本发明一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，可以通过对待焊工件表面进行搅拌摩擦这种强形变处理手段，在原材料的表面制备出塑性强化的表层。塑性变形程度的增加，界面处产生晶体缺陷，如位错和空位，可作为原子快速扩散的通道；而内应力、晶粒细化产生的高能非平衡的变形态晶界，降低了扩散激活能，提高了原子扩散的能力；此外，经过搅拌摩擦表面处理，晶粒得到细化，界面处的表面能增大，降低了原子的扩散激活能，使得在后续扩散连接过程中所需要的连接温度降低，能够有效改善晶粒粗化的情况和减少形变量，从而获得良好的接头。此外，表面处理得到的形变储能，在扩散焊过程中若控制温度达到再结晶温度，能够获得等轴细晶组织，接头性能提高。所以，经过表面搅拌摩擦处理，在相同接头强度的条件下，能够有效减小真空扩散焊的温度、压力和时间，减少脆性金属间化合物产生的同时能够降低生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法过程示意图一；
图2是本发明的结强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法过程示意图二；
图3是本发明的强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法过程示意图三。
图中：铝基板1；高温金属基板2；搅拌头3；夹持部3-1；轴肩3-2；铝基板塑性强化表面4；高温金属基板塑性强化表面5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
下面结合图1至3说明本实施方式，一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：铝基板1进行表面搅拌摩擦处理得到铝基板塑性强化表面4；
步骤二：高温金属基板2进行表面搅拌摩擦处理得到高温金属基板塑性强化表面5；
步骤三：铝基板塑性强化表面4和高温金属基板塑性强化表面5进行真空扩散焊。
具体实施方式二：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述铝基板1表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头3的夹持部3-1安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头的搅拌针压入铝基板1，轴肩3-2与铝基板1的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头3的进行速度，对铝基板1进行表面搅拌摩擦处理，得到铝基板塑性强化表层4；搅拌头3的旋转速度为400～2200rpm，搅拌头的移动速度为0.5～2mm/s。
具体实施方式三：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述铝基板1表面预先使用丙酮清理；铝基板1和高温金属基板2待焊表面打磨至表面粗糙度Ra小于1.6μm。
具体实施方式四：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述高温金属基板2表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头3的夹持部3-1安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上，并将轴肩3-2的底面与高温金属基板2的表面接触；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头3的搅拌针压入高温金属基板2，轴肩3-2与高温金属基板2的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头3的进行速度，对高温金属基板2进行表面搅拌摩擦处理，得到高温金属基板塑性强化表面5；搅拌头3的旋转速度为400～2200rpm，搅拌头的移动速度为0.5～2mm/s。
具体实施方式五：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述高温金属基板2表面预先使用丙酮清理；铝基板1和高温金属基板2待焊表面打磨至表面粗糙度Ra小于1.6μm。
具体实施方式六：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述铝基板塑性强化表面4和高温金属基板塑性强化表面5进行真空扩散焊接的接步骤为：
步骤一：对铝基板塑性强化表层4和高温金属基板塑性强化表面5进行机械加工，铝基板塑性强化表层4和高温金属基板塑性强化表面5表面达到一定平整度和光滑度；
步骤二：将铝基板塑性强化表层4和高温金属基板塑性强化表面5相接触，并放置于真空炉中，设置真空炉内焊接压力、升温速率和保温时间；设置合适的焊接压力、保温温度和保温时间，真空度为1.33×10-3～4×10-3Pa，保温温度为400-550℃，焊接压力为2-30MPa。
步骤三：保温结束后，冷却至室温，得到焊接连接件。
具体实施方式七：
下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，所述高温金属基板2为铁、铜或者钛。
本发明的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其工作过程为：
首先要将待焊的铝基板1和高温金属基板2打磨并用丙酮进行清理；铝基板1和高温金属基板2待焊表面打磨至表面粗糙度Ra小于1.6μm，将清理好的铝基板1和高温金属基板2置于搅拌摩擦机上，调整搅拌头3对准待处理铝基板1和高温金属基板2表面，高速旋转下沉压入铝基板1和高温金属基板2表面进行搅拌摩擦处理，搅拌头3的旋转速度为400～2200rpm，搅拌头的移动速度为0.5～2mm/s；同时移动搅拌头3，使其覆盖整个待加工区域进行搅拌摩擦处理，获得带有铝基板塑性强化表面4和高温金属基板塑性强化表面5；进行真空扩散焊，将铝基板塑性强化表面4和高温金属基板塑性强化表面5相接触，放入真空炉中，设置合适的焊接压力、保温温度和保温时间，真空度为1.33×10-3～4×10-3Pa，保温温度为400-550℃，焊接压力为2-30MPa。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：铝基板(1)进行表面搅拌摩擦处理得到铝基板塑性强化表面(4)；
步骤二：高温金属基板(2)进行表面搅拌摩擦处理得到高温金属基板塑性强化表面(5)；
步骤三：铝基板塑性强化表面(4)和高温金属基板塑性强化表面(5)进行真空扩散焊接。
2.根据权利要求1所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述铝基板(1)表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头(3)的夹持部(3-1)安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头的搅拌针压入铝基板(1)，轴肩(3-2)与铝基板(1)的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头(3)的进行速度，对铝基板(1)进行表面搅拌摩擦处理，得到铝基板塑性强化表层(4)。
3.根据权利要求2所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述铝基板(1)表面预先使用丙酮清理。
4.根据权利要求1所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述高温金属基板(2)表面搅拌摩擦处理的步骤为：
步骤一：搅拌头(3)的夹持部(3-1)安装在搅拌摩擦焊机的刀柄上，并将轴肩(3-2)的底面与高温金属基板(2)的表面接触；
步骤二：启动搅拌摩擦焊机，根据材料选择合适的压入深度，将搅拌头(3)的搅拌针压入高温金属基板(2)，轴肩(3-2)与高温金属基板(2)的表面接触；
步骤三：根据材料选择合适的搅拌头(3)的进行速度，对高温金属基板(2)进行表面搅拌摩擦处理，得到高温金属基板塑性强化表面(5)。
5.根据权利要求4所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述高温金属基板(2)表面预先使用丙酮清理。
6.根据权利要求1所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述铝基板塑性强化表面(4)和高温金属基板塑性强化表面(5)进行真空扩散焊接的步骤为：
步骤一：对铝基板塑性强化表层(4)和高温金属基板塑性强化表面(5)进行机械加工，铝基板塑性强化表层(4)和高温金属基板塑性强化表面(5)表面达到一定平整度和光滑度；
步骤二：将铝基板塑性强化表层(4)和高温金属基板塑性强化表面(5)相接触，并放置于真空炉中，设置真空炉内焊接压力、升温速率和保温时间；
步骤三：保温结束后，冷却至室温，得到焊接连接件。
7.根据权利要求1所述的一种强形变辅助真空扩散焊制备异种金属复合结构的方法，其特征在于：所述高温金属基板(2)为铁、铜或者钛。
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