[发明专利]一种提高钕铁硼与钢或钕铁硼与钕铁硼钎焊接头强度的方法

说明书

本发明公开了一种提高钕铁硼与钢或钕铁硼与钕铁硼钎焊接头强度的方法，属于焊接与连接技术领域。将钕铁硼磁性材料待钎焊面进行几何形状优化设计和合金化处理，然后应用银基钎料在真空中加热钎焊。银基钎料成分按质量百分比计(wt.％)为：铜(Cu)20‑35％，铟(In)5‑15％，锡(Sn)2‑10％，钕(Nd)0.1‑0.5％，余量为银(Ag)，钎料熔化后填满钎缝间隙形成圆滑钎角，钎焊接头成型较好，钎焊接头强度达到45‑50MPa，跌落60次后钎焊接头未见开裂。

技术领域

本发明涉及一种钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料的钎焊工艺与方法，采用中间层和结构设计降低钎焊接头界面残余应力，从而达到提高钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料钎焊接头强度，属于焊接与连接技术领域。

背景技术

钕铁硼是一种以金属间化合物Nd₂Fe₁₄B为基础的高性能稀土永磁材料，主要成分(质量百分比wt.％)含钕30％、硼1％，余量为铁。钕铁硼磁性材料具有优异的磁性能，是其他永磁材料无法替代的，在航空航天、数码电子、计算机技术、汽车及石油化工等领域被广泛使用。利用先进的制粉与烧结技术发展的钕铁硼磁性材料具有极高的磁能积和矫顽力，与粘结钕铁硼磁性材料和注塑钕铁硼磁性材料比较，烧结钕铁硼磁性材料的磁性能最优。烧结钕铁硼磁性材料采用的是粉末冶金工艺，很难制造大尺寸和形状复杂的部件，而且机械加工困难，导致其实际应用受到了较大的限制，只有通过将钕铁硼与钢或者钕铁硼与钕铁硼连接起来，才能充分发挥钕铁硼磁性材料优异的磁性能，满足现代制造业的需求。钕铁硼磁性材料硬而脆，塑韧性差，表面极易氧化和腐蚀，焊接性极差。目前，钕铁硼磁性材料制造各种磁体产品采用连接或组装的方式主要有环氧树脂粘结和机械连接法。环氧树脂粘接接头较脆，抗剥离、抗开裂、抗冲击性能和耐久性差，已有文献报道，钕铁硼磁性材料的粘接接头室温抗剪强度τ：25-35MPa，弯曲强度σ_bb：23-30MPa，抗拉强度σ：30-50MPa，远低于钕铁硼磁性材料自身强度(弯曲强度σ_bb：250MPa，压缩强度σ_bc：1100MPa，抗拉强度σ：75MPa)。机械连接法包括螺栓连接、铆接和套接。机械连接方法简单，价格便宜；但机械连接方法对接头设计要求较高，否则会使钕铁硼磁性材料在局部产生应力集中导致接头的破坏；钕铁硼磁性材料是脆性材料，使用机械连接也易使材料自身受到“伤害”，同时，采用机械连接方法制造的磁体产品在运转过程中会由于热膨胀导致接头发生松弛，机械连接接头并不非常可靠。

近年来，随着焊接技术创新和焊接新材料的不断涌现，采用焊接技术连接或组装各种磁体产品逐渐引起研究人员关注，已有多篇论文报道采用焊接技术连接钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料，相关研究已在多种期刊发表，见〔1〕Metals，2016，6(202)： 1-9；〔2〕清华大学学报(自然科学版)，2014，54(6)：1138–1142；〔3〕J.Mater.Proc.Technol， 2010，210：885–891等。相关专利有中国专利CN105057827A和CN102179626A等。上述论文和专利涉及的焊接技术有激光焊接、钎焊和扩散焊接等，研究工作对钕铁硼磁性材料的焊接性有了初步了解，但对焊接接头的耐久性和可靠性缺乏令人信服的可靠数据支持。由于钕铁硼磁性材料的热膨胀系数小，与金属的热膨胀系数差异较大，因此通过焊接技术连接钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料时，接头区会产生较大的热残余应力，降低接头的力学性能，严重时甚至会导致焊接接头的崩裂。钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料的焊接是一个被行业广为关注但未能得到很好解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料的钎焊工艺与方法，采用中间层和结构设计降低钎焊接头的界面残余应力，改善钎焊接头的残余应力分布状态，从而达到提高钕铁硼与钢异质材料或钕铁硼与钕铁硼同质材料钎焊接头强度。