[发明专利]一种铜铝连接件面-面渗溶接工艺

说明书

本发明公开了一种铜铝连接件面‑面渗溶接工艺，解决了现有技术对铜铝结合面无法生成连续的牢固结合面，或基材晶粒变得粗大，影响基材及结合面的物理特性、机械性能以及电学化学指标等问题，其特征是铜铝连接件结合面主要微观组织结构为物理制备过程连接生成的固溶物组织，由基材预热后低温摩擦和超高压提供能量，使固相态铝材与固相态铜材原子或分子偏离平衡位置作长距离迁移，从而形成物理联接性质的固相态连接面；结合面中固溶物总量＞95%或牢固结合面中化合物+氧化物+混合物总量≤5%。使原基材的机械特性基本保留且有高于自身母材材质物理性能的特点，致密度高于母材，机械强度也比母材更高。

技术领域

本发明涉及铜铝连接技术领域，尤其是一种铜铝连接件面-面渗溶接工艺。

背景技术

铜铝焊接即是把铜质材料和铝质材料通过焊接工艺接成一体。因为铜和铝都属易氧化金属，所以铜与铝的焊接一直是一个国际性的焊接难题。现有的焊接方法有传统上常用挂锡和熔锡的方法焊接铜铝，这种方法成型并不理想，没有较高的强度，由于锡的熔点低又不能焊接在高温工作下的工件，所以此种工艺只适合低温条件下的小工件上使用。有采用熔化焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊、电子束焊、超声波焊等焊接方法焊接铜铝，这些焊接出来的接头脆性大,易产生裂纹且焊缝易产生气孔，焊接起来的工件难免出现断裂，出现断裂后就可能使导电体断路、使管道泄露，也达不到实际生产中要求的效果。也有采用较好的钎焊，通常用火焰钎焊、炉中钎焊和高频钎焊等，把铜和铝焊接在一起，通过钎焊工艺把钎料作为中间介质把铜和铝焊接在一起。

也有如专利公告号为CN100445625C公开的方案来制作薄壁铜铝管焊接接头的，即一种无共晶组织的薄壁铜铝管焊接接头的制备方法及用该方法生产的焊接接头，该接头的特征是铝管刻有凸形字，该接头的焊接方法特征是在铜管焊接部位的收口端内部预设一个金属芯棒，在固定电极组的相应位置上安装有镶嵌块，焊接时顶推气缸将带有铜管的移动电极组推向铝管，同时通电对铜铝结合区进行电阻加热，铜管在顶推气缸的作用下不断向铝管内部移动，移动过程中，铜管的焊接压力和焊接电流每隔1-2mm调整一次参数，以控制铜铝焊接的温度，断电冷却后，将金属芯棒抽出。这种产品的结果是在铜材与铝材结合面的微观组织结构，以化学键为主要结合结构组成部分，实际使用时，化合物为主体的结合面在机械性能指标上并达不到理想状态，在连接面会发生脆化和分层，焊接连接件在使用过程中容易受外力影响而剥落。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的以下问题：对铜铝结合面无法生成连续的牢固结合面，或因加工原理局限，为形成液相态熔融非晶态组织，对基材进行高温处理，导致基材晶粒变得粗大，严重影响基材及结合面的物理特性、机械性能以及电学化学指标等，从而提供一种铜铝连接件面-面渗溶接工艺。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种铜铝连接件面-面渗溶接工艺，其特征是铜铝连接件结合面主要微观组织结构为物理制备过程连接生成的固溶物组织，在基材预热后由低温摩 擦和超高压提供能量，使固相态铝材与固相态铜材原子或分子偏离平衡位置作长距离迁移，从而形成物理联接性质的固相态连接面；所述的结合面中固溶物总量＞95%或牢固结合面中化合物+氧化物+混合物总量≤5%。

本技术方案所设计的工艺是一个固相态低温加工工艺过程，在基材间分子或原子的相互扩散而形成的固相态固溶物组织结构，对铜铝基材的原物理形态除了因高压导致更加致密之外，不形成粗大的晶体组织及共晶体或化合物。本方案所形成的结合面强度远超过现有焊接原理形成的焊接方法，并且利于工业制备，在实际生产应用中得以实现。通过摩擦和高压提供动能，固相态铝材与固相态铜材原子或分子相互作长距离（相对原子结构而言）迁移，其过程为物理变化，而固溶物形成和稳定的温度是由跃迁温度经空气常温冷却到室温即可。本案在形成此结合面过程中，基本没有改变基材的物理性质，没有过多的晶粒粗大现象产生，同时在结合面基本排除了晶态化合物、铜铝混和物、氧化物的存在；原基材的机械特性基本保留，两者结合面溶接抗拉强度、抗撕裂性能等性能指标大于焊接基材中铝材机械性能指标，尤其是铝材侧应高压产生的效应，致密度高于母材，机械强度也高于母材。