[发明专利]玻璃与钢的低温钎焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及玻璃与金属的玻璃与金属的钎焊方法，具体是一种玻璃与钢的低温钎焊方法。

背景技术

玻璃作为一种传统脆性材料，具有优良的透明性和折光性，硬度高，抗压强度高，化学稳定性佳，特制玻璃还具有吸热、耐热、防爆、防弹、导电、防辐射等一系列特殊性能。在日用器皿、建筑工程、仪器仪表、汽车、机电、国防、电子行业等领域应用广泛。

然而，玻璃材料的延性和冲击韧性低、耐热冲击能力弱、加工性能差、突发事故多等缺点增大了在制作加工中的难度，妨碍了其在工程结构中的广泛应用。因此在许多场合下，玻璃材料通常需要同塑性、韧性高，抗冲击能力强的金属材料组成复合结构形式来满足应用要求。

玻璃独有的非晶态结构与金属原子结构之间存在本质上的差别，加上玻璃材料本身特殊的物理化学性能，为其连接增加了难度。传统的连接方法以机械连接和胶接为主，机械连接在开孔、开槽或螺纹处易产生应力集中，发生损伤和裂纹，且密封性不佳，胶接易老化，受温度、湿度等环境因素易强度下降失效，而且，建筑、汽车行业越来越多使用的安全玻璃如钢化玻璃，使用温度不得高于200～300℃。所以，本发明提出一种玻璃与钢的低温钎焊方法，对推进玻璃与钢接头的应用将有很好的前景。

发明内容

针对现有玻璃与钢异种材料连接技术存在的不足，本发明要解决的问题是提供一种能够缓解玻璃与钢接头残余应力，提高接头强度和气密性的连接方法。

本发明的玻璃与钢的低温钎焊方法是按照以下步骤进行的：

一、通过大气等离子喷涂工艺在玻璃表面制备Al₂O₃涂层后再制备Cu涂层，其中Al₂O₃陶瓷涂层为打底涂层，金属Cu涂层为工作涂层制得玻璃样块；

二、将钢块待焊表面经砂纸逐层打磨，然后将打磨后的钢、钎料箔和步骤一制得的玻璃样块放入丙酮中超声清洗后，再用无水乙醇冲洗，吹干；

三、将所选钎剂涂擦于钢块和步骤一制得的玻璃样块待焊叠合面即金属Cu涂层，然后将钢块、钎料箔、步骤一制得的玻璃样块以钢块-钎料-玻璃样块的叠放次序安装在夹具中，然后放入回流加热炉中加热形成接头，即完成玻璃与钢的低温钎焊连接。

步骤一中的Al₂O₃陶瓷涂层的厚度控制在50～100μm，金属Cu涂层的厚度控制在30～150μm。

步骤一中的玻璃为钠钙钢化玻璃。

步骤二中的钢为45号钢。

步骤三中的钎料为Sn-Ag共晶钎料箔，厚度50～100μm，钎剂为BS-850型钎剂。

步骤三中的钎焊加热过程为：先以30～40℃/min的速度升温至170～190℃并保温2～4min，再以20～30℃/min的速度升温至250～270℃并保温4～6min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。

利用本发明的玻璃与钢异种材料间的低温钎焊方法，在BS-850型钎剂的润湿作用下，通过Sn-Ag共晶钎料实现了玻璃与钢的低温钎焊连接，并且形成的玻璃与钢钎焊接头界面结合稳定、密封性好、连接可靠，玻璃表面陶瓷涂层和金属涂层的制备，可有效降低母材和钎料合金之间的热膨胀系数错配，降低接头残余应力。本发明工艺简单、实施方便、获得的玻璃与钢接头抗拉强度最高可达6.4MPa。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法作进一步详细说明。

实施例1：

本实例的玻璃与钢的低温钎焊方法是按照以下步骤进行的：

一、通过大气等离子喷涂工艺在尺寸为70×50×10mm的钠钙钢化玻璃表面制备Al₂O₃/Cu涂层，其中Al₂O₃陶瓷涂层为打底涂层，厚度控制为100μm，金属Cu涂层为工作涂层，厚度控制为30μm。

二、将尺寸为20×20×20mm钢块待焊表面经200#、400#和600#的砂纸逐层打磨，然后将打磨后的钢块、厚度为100μm的Sn-Ag共晶钎料箔和步骤一制得的玻璃样块放入丙酮中超声清洗10min，再用无水乙醇冲洗，吹干。