[发明专利]新硬焊概念

说明书

本发明涉及新硬焊概念、共混物、组合物、产品。本发明还涉及提供硬焊产品的方法、通过所述方法获得的硬焊产品及用途。

背景

现今存在将具有高熔融温度的合金连接在一起的不同连接方法。对于高温，指的是高于900℃的熔融温度。一种常用方法是焊接(welding)。焊接是指其中在有或没有另外材料的情况下将基底材料熔融，即经由熔融和再凝固产生铸造产品的方法。另一连接方法是硬焊(brazing)。在硬焊过程期间，将硬焊填料加到基底材料中，且硬焊填料在该过程期间在高于450℃的温度下熔融，即，在低于欲连接的基底材料的液相线温度的温度下形成液体界面。在硬焊时，液体界面应当良好润湿并流动。软焊(soldering)是两种或更多种金属物品通过填料金属(即软焊剂)熔融并流动到接缝中而连接在一起的方法，该软焊剂具有比工件低的熔点。在硬焊中，填料金属在比软焊剂高的温度下熔融，而工件金属不会熔融。在软焊和硬焊之间的差别是基于填料合金的熔融温度。通常将450℃的温度用作在软焊和硬焊之间的实际界点(delineating poit)。

在硬焊时，施用硬焊填料以与在欲连接的基底材料之间的间隙或空隙接触。在加热过程期间，硬焊填料熔融并填充欲连接的间隙。在硬焊过程中，有三个主要阶段，其中第一阶段被称作物理阶段。物理阶段包括硬焊填料的润湿和流动。第二阶段通常在给定的连接温度下发生。在该阶段期间，存在固-液相互作用，其伴随着明显的质量传递。在该阶段，马上连接液态填料金属的基底材料体积溶解或与该填料金属反应。同时，来自液相的少量元素渗透到固态基底材料中。组分在连接区域中的该重新分配引起填料金属组成的改变，且有时引起填料金属凝固的发生。与第二阶段重叠的最后阶段的特征在于形成最终接缝微观结构并在接缝的凝固和冷却期间发展。

与焊接和硬焊密切相关的方法有扩散硬焊(DFB)，也称作瞬时液相连接(Transient Liquid-phase bonding，TLP)，或活化扩散连接(Activated Diffusion Bonding，ADB)。有时提到扩散连接，但扩散连接是指扩散硬焊或扩散焊接，且现在将扩散连接视为非标准术语。

扩散硬焊(DFB)、瞬时液相连接(TLP)或活化扩散连接(ADB)是通过将金属加热到合适硬焊温度来接合或连接金属的方法，在该硬焊温度下，预置的填料金属将熔融或通过毛细管引力流动或液相将在相互接触的两个表面之间原位形成。在两种情况下，填料金属都扩散到基底材料中，直至接缝的物理和机械性质变得与基底金属的那些性质几乎相同。DFB、TLP或ADB的两个关键方面在于：

- 液体必须在接缝区域中形成且变得具有活性；和

- 必须发生填料金属元素向基底材料的深入扩散。

获得与在使用DFB、TLP或ADB时获得的接缝接近或相同的接缝、但具有硬焊的优势，例如具有硬焊较大间隙的可能性等的方法是通过使用WO 2002/38327、WO 2008/060225和WO 2008/060226中公开的硬焊技术和硬焊填料。通过使用硬焊填料，即硬焊合金，其具有接近基底材料的组成，但具有加入的熔点抑制剂，例如硅和/或硼和/或磷。通过这样做，在硬焊之后，硬焊接缝将具有接近基底材料的组成，因为硬焊填料具有与基底材料类似的组成，硬焊填料由于基底材料的溶解而与基底材料共混且熔点抑制剂扩散到基底材料中。

对于选择某一连接方法，存在许多理由，诸如成本、生产率、安全性、速度和所连接产品的性质。密切有关的E-模量将减小在对具有较高E-模量的材料加载荷时该材料中的高应力的危险。当热膨胀系数类似时，结果将减小热诱发的应力。当电化学电位类似时，结果将减小腐蚀的危险。

在连接基底金属时，填料即合金的使用是一项复杂的工艺。该填料必须以可在加热之前施用到基底金属的形式。通常填料为通过雾化合适地生成的粒子，但填料也可以通过“熔融纺丝”，即迅速凝固(RS)生成的箔片的形式。关于RS，仅有有限的组合物可以通过RS生成。可制造成粒子即粉末的组合物的数目更大，且粉末的常规制造是通过雾化进行。当填料以粉末形式时，它们常与粘合剂组合以形成糊浆，该糊浆可以任何合适的方式施用到基底金属。制造箔片或制造合金粉末是复杂的工艺且因此成本高。当使用粉末时，粉末以如上所述的糊浆形式合适地施用，这将为该工艺增加一个额外步骤，因为必须将糊浆与粘合剂及其他组分共混，这对糊浆的性质有益。对于两种工艺，进行了大量的研究以在熔融和连接之前得到填料的恰当形式、性质、形状和组成。

发明