[发明专利]新的硬焊概念

说明书

本发明涉及新的硬焊概念、共混物、组合物和产品。本发明还涉及提供硬焊产品的方法，通过所述方法得到的硬焊产品，和用途。

背景

现今有不同的接合方法使具有高熔融温度的合金接合在一起。高温指高于900℃的温度。所用的一个普通方法是熔焊。熔焊指其中基础材料连同或不连同添加材料熔融的方法，即，通过熔融和再固化产生熔铸产品。另一种接合方法是硬焊。在硬焊过程期间，将硬焊填料加到基础材料，在此过程中在高于450℃的温度使硬焊填料熔融，即，在低于要接合的基础材料液相线温度的温度形成液体界面。在硬焊时，液体界面应具有很好的润湿和流动。软焊是其中两个或更多个金属物件通过填焊金属(即，软焊料)熔融并流动成接点的过程，软焊料具有低于工件的熔点。在硬焊中，填焊金属在高于软焊料的温度熔融，但工件金属不熔融。软焊和硬焊之间的区别基于填焊合金的熔融温度。通常用450℃温度作为软焊和硬焊之间的实际描绘点(delineatingpoint)。

在硬焊时，硬焊填料与要接合的基础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，并填充要接合的间隙。在硬焊过程期间，有三个主要阶段，第一阶段被称为物理阶段。物理阶段包括硬焊填料的润湿和流动。第二阶段一般在特定接合温度进行。在此阶段期间，有伴随大量传质的固体-液体相互作用。在此阶段，紧邻液体填焊金属的基础材料体积溶解，或与填焊金属反应。同时，来自液相的少量元素渗入固体基础材料。接点区域中组分的这种再分布导致填焊金属组成变化，有时填焊金属开始固化。最后阶段与第二阶段重叠，其特征是形成最终接点微结构和在固化和冷却接点期间的进程。

与熔焊和硬焊密切相关的方法为扩散硬焊(DFB)，也称为瞬时液相接合(TLP)，或活化扩散接合(ADB)。虽然有时提到扩散接合，但扩散接合是指扩散硬焊或扩散熔焊，现在将扩散接合认为是非标准术语。

扩散硬焊(DFB)、瞬时液相接合(TLP)或活化扩散接合(ADB)是通过加热到预置填焊金属熔融或由毛细管吸引力流动或在相互接触的两个表面之间原位形成液相所处的适合硬焊温度，使金属接合或连接的过程。无论哪种情况，填焊金属都扩散进入基础材料，直至接点的物理和机械性质变得几乎与基础金属相同。DFB、TLP或ADB的两个关键方面是：

-液体必须形成，并且在接点区域变为活性；和

-填焊金属元素必须广泛扩散进入基础材料。

得到与使用DFB、TLP或ADB但具有硬焊优点(例如具有硬焊较大间隙的可能性等)时得到的接近或相同的接点的方式是使用WO2002/38327、WO2008/060225和WO2008/060226公开的硬焊技术和硬焊填料。通过使用具有与基础材料接近的组成但加有熔点降低剂(例如，硅和/或硼和/或磷)的硬焊填料，即，硬焊合金。通过这样做，硬焊接点在硬焊后具有接近基础材料的组成，因为硬焊填料具有与基础材料类似的组成，硬焊填料由于基础材料熔解与基础材料共混，并且熔点降低剂扩散进入基础材料。

选择特定接合方法有很多原因，例如接合产品的成本、生产率、安全性、速度和性能。密切相关的E模量减小在材料承受负荷时具有较高E模量的材料中的高应力的风险。在热膨胀系数相似时，结果将减小热诱导应力。在电化学电势相似时，结果将减小腐蚀风险。

在接合基础金属时，使用填料(即合金)是个复杂过程。填料必须为可在加热前涂敷到基础金属的形式。通常，填料为适合通过雾化制备的颗粒，但填料也可以为通过“熔纺”(即，快速固化(RS))产生的箔的形式。关于RS，仅有限几种组合物可通过RS制备。可作为颗粒(即，粉末)制备的组合物数量较多，并且一般粉末制备是通过雾化。在填料为粉末形式时，通常使它们与粘合剂组合成糊，糊可以任何适合方式涂敷到基础金属。制备箔或制备合金粉末是复杂过程，因此成本高。在使用粉末时，粉末适合以上述糊的形式涂敷，这将为过程增加额外步骤，因为糊需要与粘合剂和其它组分共混，这对糊的性质是有益的。对于这两种方法，要在熔融和接合前进行大量工作得到填料的合适形式、性质、形状和组成。

本发明

本发明的目的是在接合母材基材时减少过程步骤。另一个目的是简化母材的接合，从而减小成本。

如果可能，在选择硬焊填料时，接近母材的组成是有益的，因为已选择母材用于产品用途。要是可能并且成本没有限制，最好是为每种母材研发一种硬焊填料。因此，本发明的另一个目的是减少需要的硬焊填料数量。