[发明专利]一种多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钎焊技术领域，具体涉及一种多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法。

背景技术

工业应用要求的不断提高，以及新材料的不断涌现，对材料的连接技术提出了更高的要求。钎焊工艺是一种很有应用前景的材料连接方法。然而，受钎料合金本身强度的影响，钎焊接头在载荷作用下通常失效于钎缝层中，而且接头中母材与钎料合金间通常具有较低的结合强度。另外，传统的钎焊工艺通常需要使用钎剂或者在保护气氛下进行，难以获得大熔合面、高焊合率的钎焊接头。

近年来，超声技术在材料的钎焊连接领域有了较多的研究。超声波作用于液相钎缝层中时能在钎料合金内形成一系列的声化学、声物理效应，它们能促使液相钎料在无钎剂情况下对母材表面进行润湿，并能对钎缝层显微组织进行优化。通过超声钎焊工艺能制备出大熔合面的钎焊接头，而且接头具有较高的焊合率。然而，超声波改善钎缝层显微组织是建立在不断溶蚀母材的基础上的，钎焊时通常需要较长的超声振动时间，这将引起钎缝层整体结构的不均匀性，也容易造成母材的溶蚀穿孔。因此，有必要在钎焊前便改善钎缝层的强度，从而优化钎焊接头的性能。

大量的研究表明，通过在合金中添入微纳米颗粒或者纤维增强相能够增强合金的力学性能。然而，颗粒增强相在复合材料中的均匀性是很难保证的，尤其是当颗粒增强合金被用于钎料合金时，增强相在熔融的钎料合金内会因为重力的原因产生上浮或下层，并发生团聚。为了获得增强相分布均匀的复合材料，一种较为成功的方法为，通过无压浸渗或有压浸渗的方法将熔融合金填充入多孔陶瓷或者高熔点金属中，从而制备出增强相分布均匀的高性能复合材料。可以想象，在传统的钎焊工艺中(非超声波辅助钎焊)，若采用这种多孔基体复合钎料合金进行钎焊，熔融的钎料合金是很难在母材表面实现充分润湿铺展的。虽然接头钎缝层的强度能够得到改善，但是接头的焊合率难以得到保证，接头的整体力学性能仍然较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法，该方法可以制得大熔合面、高焊合率、高强度的钎焊接头。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法，包括制备复合钎料合金步骤和超声波辅助钎焊步骤，其中所述的复合钎料合金步骤包括：

A1、选取多孔金属基体，洗净后将多孔金属基体浸入温度低于多孔金属基体熔点的熔融钎料合金中；

A2、浸泡后取出多孔金属基体，制得钎料合金填充的多孔金属基体复合钎料合金；

所述的超声波辅助钎焊步骤包括：

B1、将多孔金属基体复合钎料合金置于两待焊母材之间形成待焊钎焊接头，将待焊钎焊接头固定，对待焊钎焊接头的多孔金属基体复合钎料合金进行加热使填充于多孔金属基体中的钎料合金熔化；

B2、将超声装置的工具头作用于其中一个母材的表面上并施加的压力，超声结束后继续保持压力，至钎料合金完全凝固时，形成钎焊接头，完成钎焊过程。

在上述多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法中：

步骤A1中所述多孔金属基体的厚度优选为10～500μm。

步骤B1中所述的两待焊母材可以为相同材质材料或不同材质材料。

所述的两待焊母材的材质优选为陶瓷材料、金属材料或金属基复合材料。

步骤B1中所述的两待焊母材的形状优选为板状、片状、棒状或管状。

步骤B1中的加热方式优选为电阻加热、火焰加热、感应加热或热风加热。

步骤B1中加热时钎缝层多孔金属基体复合钎料合金的温度高于钎料合金熔点的温度但低于多孔金属基体熔点的温度。

优选的，步骤B1中加热时钎缝层多孔金属基体复合钎料合金的温度高于钎料合金熔点5～300℃，但低于多孔金属基体的熔点。

步骤B2中超声振动装置的振动频率优选为10～70kHz，振幅优选为8～60μm，对母材施加的压力优选为0.1～5MPa，超声振动时间优选为0.5～200s。

步骤B2中超声振动方向优选为垂直于所述母材的表面或平行于所述母材的表面。

本发明方法采用了填充有钎料合金的多孔金属基体复合钎料合金，通过将复合钎料层预制于硬质母材之间，然后通过加热使填充于多孔金属层中的钎料合金熔化，再将超声振动装置的工具头作用于母材表面并施加一定压力和一定时间的超声振动，完成钎焊过程。

本发明方法更适合于硬质材料间的钎焊，尤其是低温钎焊、高温服役，硬质母材间的钎焊。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：