[发明专利]一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法

摘要

本发明公开了一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，以304不锈钢作为基体材料，以成分为99.9％的工业纯Zr、C作为靶材，经表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段制备成Zr/C纳米多层膜；Zr靶与C靶交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层；将Zr/C纳米多层膜置于两块异质轻金属夹层中，用10V电池的正负极电压进行激励，Zr/C纳米多层膜发生自蔓延反应实现异质轻金属之间和具有不同热膨胀系数材料之间的冶金连接；本发明无需外界能源激励、无需其焊料、连接效率高；操作简便性强，降低了焊接过程中产生的热应力；适合于对温度敏感的器件或材料的连接；适合运用在战场应急抢修工作中。

主权项

一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）准备实验设备：采用多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机进行镀膜；2）准备实验材料：2.1）基体材料：选择具有代表性的304不锈钢作为基体材料，其按照原子百分比的化学成分包括：Fe 69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；2.2）靶材材料：靶材为纯Zr靶与纯C靶，其成分为99.9％的工业纯Zr、C，靶材由真空感应炉熔炼制备，加工成直径为Φ102mm，厚度为42mm的圆形靶；3）薄膜处理：3.1）Zr/C薄膜镀层的制备过程按照时间顺序分为表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段三个步骤；具体操作如下：1）表面等离子体清洗阶段：表面等离子体清洗采用高基体偏压‑1000V，在3.0Pa低气压条件下进行，利用Ar气辉光放电产生的Ar离子轰击基体表面，去除表面的吸附物杂质；2）金属打底阶段：在镀层和基体之间制备具有一定厚度的Zr金属底以提高膜基之间的结合强度，采用Zr靶3KW功率；3）膜层的沉积阶段：按照事先制定的工艺参数进行薄膜的沉积，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW，交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层；3.2）利用Zr/C纳米多层膜进行异质轻金属材料连接：将制备的Zr/C纳米多层膜置于两块异质轻金属夹层中，用10V电池的正负极电压进行激励，Zr/C纳米多层膜发生自蔓延反应，反应过程中用手指按压两块金属薄板，3‑5s后，两块金属薄板紧紧地结合在一起，实现了异质轻金属之间的冶金连接。