[发明专利]一种异种金属连接的界面层制备及基于界面层的焊接方法

说明书

本发明提供一种异种金属连接的界面层制备及基于界面层的焊接方法。第一步、采用气相沉积方法在钢表面沉积一层纳米级厚度的AlNi金属间化合物薄膜，AlNi金属间化合物为简单立方结构；第二步、沉积在钢表面的纳米级AlNi金属间化合物薄膜作为镁合金与钢连接的界面层；第三步、采用超声波点焊的方法实现镁合金/预置AlNi金属间化合物层钢的冶金连接，通过优化焊接工艺参数，获得镁合金/AlNi金属间化合物层/钢的界面连接结构。本发明通过预置界面层，控制界面层种类及厚度，与此同时促进界面层与两侧母材合金元素的冶金反应，并保持界面层的结构完整性，该方法具有界面层种类及厚度可调控的特点，便于批量生产，能够拓展应用范围。

技术领域

本发明涉及一种异种金属连接的界面层制备及基于界面层的焊接方法。

背景技术

在全球参与节能减排的大背景下，轻量化已逐渐成为制造业的重要发展方向。提高母材强度以及选用轻质材料是实现轻量化的主要手段。随着高强度结构材料及轻金属材料在航空航天、汽车、3C等领域的深入应用，多种材料复合结构的设计及制造技术在上述领域取得了长足进步。镁合金具有比强度高、减震性能好、密度低等特点，而钢作为应用最广泛的金属材料，具有强度高、塑韧性好、耐蚀性好等特点，但是钢的密度较大，增加了能源的消耗。在满足结构件材料使用基础上提出采用镁合金替代部分钢的方法，并且选用高强钢替代普通钢，既可以减轻构件重量，又能够满足航空航天、汽车、3C等领域对构件轻质高性能的要求，有着广阔的应用前景。

对于难固溶不反应异种金属镁合金/钢，由于Mg和Fe之间无任何金属间化合物，且相互之间固溶度极低，促进界面反应是实现难固溶不反应异种金属冶金连接的关键。现有研究指出，AZ系列镁合金与钢进行焊接时，主要是镁合金中的少量Al元素与钢中的合金元素发生反应，在镁合金/钢界面处形成界面层，实现镁合金/钢的冶金连接。但是镁合金/钢焊接过程中，随着焊接方法、工艺参数以及添加合金元素的变化，镁合金/钢界面层种类及厚度均会发生较大变化，镁合金/钢接头性能难以直接调控。针对难固溶不反应异种金属镁合金/钢焊接难点，本发明提出异种金属焊接前，在母材表面预置一界面层，在焊接过程中确保界面层结构的完整性，同时使界面层与两侧母材产生反应，实现冶金连接，解决由于难固溶不反应异种金属界面反应不充分造成接头失效或性能差的问题，同时通过对界面层种类及厚度的调控实现难固溶不反应异种金属镁合金/钢的优质焊接。

发明内容

本发明的目的在于，针对难固溶不反应的异种金属连接界面反应不充分的问题，提供一种解决方法，通过预置薄膜（界面层）的加入促进难固溶不反应异种金属的冶金连接，并通过一种焊接方法在确保界面层不被破坏的同时，实现难固溶不反应异种金属的冶金焊接。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于镁合金/钢异种金属连接时界面层制备的方法，以及实现异种金属连接的焊接方法。

本发明针对难固溶不反应异种金属连接，主要是镁合金/钢。

难固溶不反应异种金属连接前，界面层制备方法：物理气相沉积方法。

所述界面层为单层结构，界面层厚度为纳米级，其厚度在50~1000 nm。

预置界面层能够与单侧母材实现完全共格或半共格，薄膜结构密排面或次密排面与钢的密排面或次密排面错配度低于20%。。

异种金属连接方法包括超声波焊、搅拌摩擦焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊以及电阻点焊等连接方法。还包括能够使界面层处在两异种材料之间并保持界面层结构完整性的其他焊接方法。

预置界面层在焊后保持尺寸及结构的完整性，界面层与两侧为冶金连接。

本发明的目的是提供一种用于难固溶不反应异种金属镁合金/钢连接的制备方法，通过预置界面层，控制界面层种类及厚度，与此同时促进界面层与两侧母材合金元素的冶金反应，并保持界面层的结构完整性。该制备方法工艺简单、适用范围广，便于难固溶不反应异种金属连接的大规模批量生产。