CN101402836B - 有机活性胶状物及胶焊非金属与金属材料的方法 - Google Patents
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Abstract
有机活性胶状物及胶焊非金属与金属材料的方法，它涉及一种有机胶状物和一种胶焊方法。本发明解决了现有非金属材料与金属材料连接用钎料可选范围有限、焊后接头性能不稳定、力学性能受母材性能制约的问题。本发明有机活性胶状物由活性粉末与胶体材料组成。胶焊方法如下：将有机活性胶状物涂覆于非金属材料预连接面及预连接面向外延伸0mm～10mm的区域，然后再将钎料与金属材料置于有机活性胶状物上，将预连接件组装后置于真空炉中施焊，即完成焊接。本发明方法焊接用钎料不受难焊材料的焊接性限制，并且焊接后接头的力学性能受母材性能制约影响明显减少。采用本发明方法得到的焊接接头的抗剪强度可达35MPa～200MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机胶状物和一种胶焊方法。
背景技术
金属材料与非金属材料间的连接应用在工程实践中发挥着越来越重要的作用。异种材料的连接方法目前有机械咬合连接、胶粘低温连接及冶金焊接三大发展方向。其中，以冶金焊接的发展前景及应用领域最为广阔。然而，对于非金属材料，存在着非金属材料与金属材料连接用钎料可选范围有限、焊后接头性能不稳定、力学性能(以纤维编织复合材料为例，纤维编织复合材料的力学性能均比较低，对其进行连接后，往往连接件断裂处为性能薄弱的纤维编织复合材料上，现有方法焊接金属与石英纤维复合材料后，石英纤维复合材料沿接头方向的抗剪强度只有8MPa～12Mpa，石英纤维复合材料的自身抗剪强度为8MPa～12MPa)受母材性能制约等不足的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有非金属材料与金属材料连接用钎料可选范围有限、焊后接头性能不稳定、力学性能受母材性能制约的问题，提供了一种胶焊非金属材料与金属材料的方法。
本发明的有机活性胶状物由活性粉末与胶体材料按照0.5～2:1的体积比组成。
上述的活性粉末为粒度≤100μm的Ti、粒度≤100μm的Zr、粒度≤100μm的Hf、粒度≤100μm的TiH2或粒度≤100μm的ZrH2；上述的胶体材料为不含氨基的有机胶粘剂；所述的不含氨基的有机胶粘剂为不含氨基的环氧树脂类胶粘剂、不含氨基的酚醛树脂类胶粘剂、不含氨基的烯烃类胶粘剂或不含氨基的厌氧胶粘剂；所述的不含氨基的有机胶粘剂为不含氨基的呋喃树脂胶粘剂、不含氨基的橡胶胶粘剂、不含氨基的环氧树脂胶粘剂、不含氨基的聚乙烯醇胶粘剂或不含氨基的酚醛树脂胶粘剂；上述的不含氨基的有机胶粘剂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇胶粘剂、市售1799型聚乙烯醇胶粘剂或市售2099型聚乙烯醇胶粘剂。
本发明胶焊非金属与金属材料的方法如下：一、将非金属材料的表面和金属材料的预连接面进行粗化、除油清洗、干燥；二、将权利要求1所述的有机活性胶状物涂覆于非金属材料预连接面及预连接面向外延伸0mm～10mm的区域，然后再依次将钎料与金属材料置于有机活性胶状物上，得到预连接结构；三、将步骤二得到的预连接结构置于真空炉中施焊，即完成焊接。
本发明方法在真空炉中的加热温度及保温时间按照所选钎料或有机活性胶状物中活性粉末的冶金反应温度而确定。
本发明方法对非金属材料表面进行预处理后，涂覆有机胶状物，形成了活性粉末对难焊非金属材料粘附、包裹的状态，在真空加热过程中，活性粉末中金属元素与非金属材料、胶体材料分解后的碳元素以及非金属材料发生扩散、反应，活性金属元素的“桥梁”作用促使金属材料对非金属材料待焊表面进行了较充分润湿、反应，形成了力学性能良好的焊接接头，所以采用本发明方法非金属材料与金属材料连接用钎料不受非金属材料难焊性的限制，并且焊接后接头的力学性能受母材性能制约减小，能实现超越母材自身强度的高性能连接接头。采用本发明方法得到的焊接接头的抗剪强度可达35MPa～200MPa。本发明所述方法工艺简单。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中有机活性胶状物由活性粉末与胶体材料按照0.5～2:1的体积比组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的活性粉末为粒度≤100μm的Ti、粒度≤100μm的Zr、粒度≤100μm的Hf、粒度≤100μm的TiH2或粒度≤100μm的ZrH2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的胶体材料为不含氨基的有机胶粘剂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是所述的不含氨基的有机胶粘剂为不含氨基的环氧树脂类胶粘剂、不含氨基的酚醛树脂类胶粘剂、不含氨基的烯烃类胶粘剂、不含氨基的厌氧胶粘剂、不含氨基的呋喃树脂胶粘剂、不含氨基的橡胶胶粘剂、不含氨基的环氧树脂胶粘剂、不含氨基的聚乙烯醇胶粘剂或不含氨基的酚醛树脂胶粘剂。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是所述的不含氨基的有机胶粘剂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇胶粘剂、市售1799型聚乙烯醇胶粘剂或市售2099型聚乙烯醇胶粘剂。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：本实施方式中用有机活性胶状物胶焊非金属材料与金属材料的方法如下：一、将非金属材料的表面和金属材料的预连接面进行粗化、除油清洗、干燥；二、将具体实施方式一所述的有机活性胶状物涂覆于非金属材料预连接面及预连接面向外延伸0mm～10mm的区域，然后再依次将钎料与金属材料置于有机活性胶状物上，得到预连接结构；三、将步骤二得到的预连接结构置于真空炉中施焊，即完成焊接。
本实施方式中在真空炉中的加热温度及保温时间按照所选钎料及有机活性胶状物中活性粉末的冶金反应温度而确定。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的活性粉末为粒度≤100μm的Ti、粒度≤100μm的Zr、粒度≤100μm的Hf、粒度≤100μm的TiH2或粒度≤100μm的ZrH2。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的胶体材料为不含氨基的有机胶粘剂。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的胶体材料为不含氨基的环氧树脂类胶粘剂、不含氨基的酚醛树脂类胶粘剂、不含氨基的烯烃类胶粘剂、不含氨基的厌氧胶粘剂、不含氨基的呋喃树脂胶粘剂、不含氨基的橡胶胶粘剂、不含氨基的环氧树脂胶粘剂、不含氨基的聚乙烯醇胶粘剂或不含氨基的酚醛树脂胶粘剂。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是所述的不含氨基的有机胶粘剂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇胶粘剂、市售1799型聚乙烯醇胶粘剂或市售2099型聚乙烯醇胶粘剂。其它与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的非金属材料为石墨、陶瓷材料或复合材料。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的非金属材料为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷或金属陶瓷。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的非金属材料为Al2O3陶瓷、SiO2陶瓷、ZrO2陶瓷、MgO陶瓷、SiC陶瓷、Al2C3陶瓷、Si3N4陶瓷、Al3N4、Ni基TiC陶瓷或Al基陶瓷。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的非金属材料为多维编织结构的复合材料。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的非金属材料为碳纤维编织复合材料、石英纤维编织复合材料或Si3N4纤维编织复合材料。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤四中将步骤三得到的预连接结构置于真空度为10-3～10-6torr的真空炉中，以10℃～30℃/min的升温速度将真空炉的温度加热到700℃～1100℃，然后在保温状态下施焊5min～30min，再以3℃～20℃/min的降温速度将真空炉的温度降至室温，即完成焊接。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的金属材料为纯金属材料或合金材料。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中所述的金属材料为Fe、Ni、Cu、Al、Fe-Ni合金、Ni-Al合金、其他Ni合金或其他Al合金材料。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中将厚度为50μm～200μm的钎料箔片、厚度为0.1μm～200μm的Cu箔片和金属材料置于有机活性胶状物上，制得顺序为非金属材料、有机活性胶状物、钎料箔片、Cu箔片、金属材料的预连接结构。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的钎料是按照重量百分比由72％Ag与28％Cu组成的AgCu共晶箔片。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的钎料是按照重量百分比由69.1％的Ag、26.4％的Cu和4.5％的Ti组成的AgCuTi箔片。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中所述的钎料是按照重量百分比由37.5％的Ti、37.5％的Zr、15％的Cu和10％的Ni组成的TiZrNiCu箔片。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中将厚度为50μm～200μm的钎料箔片和金属材料置于有机活性胶状物上，制得顺序为非金属材料、有机活性胶状物、钎料箔片、金属材料的预连接结构。其它与具体实施方式六相同。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中的非金属材料为石英纤维编织复合材料，金属材料为Fe-Ni合金；步骤二中活性粉末是粒径为50μm的TiH2。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式所得的焊接接头室温抗剪强度为44MPa，明显改善了石英纤维复合材料在连接处的抗剪强度(石英纤维复合材料沿接头方向的抗剪强度只有8～12MPa)。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中的非金属材料为Ni基TiC陶瓷，金属材料为Fe-Ni合金；步骤二中活性粉末是粒径为60μm的TiH2。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式所得的焊接接头室温抗剪强度为220MPa。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中的非金属材料为SiC陶瓷，金属材料为Fe-Ni合金；步骤二中活性粉末是粒径为60μm的Ti粉。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式所得的焊接接头室温抗剪强度为35MPa。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一中的非金属材料为SiO2陶瓷，金属材料为Fe-Ni合金；步骤二中活性粉末是粒径为70μm的Ti粉。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式所得的焊接接头室温抗剪强度为70MPa。
Claims (4)
1.一种有机活性胶状物，其特征在于有机活性胶状物由活性粉末与胶体材料按照0.5～2∶1的体积比组成；所述的活性粉末为粒度≤100μm的Ti、粒度≤100μm的Zr、粒度≤100μm的Hf、粒度≤100μm的TiH2或粒度≤100μm的ZrH2；所述的胶体材料为不含氨基的有机胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的有机活性胶状物，其特征在于所述的不含氨基的有机胶粘剂为不含氨基的环氧树脂类胶粘剂、不含氨基的酚醛树脂类胶粘剂、不含氨基的烯烃类胶粘剂、不含氨基的厌氧胶粘剂、不含氨基的橡胶胶粘剂、不含氨基的呋喃树脂胶粘剂或不含氨基的聚乙烯醇胶粘剂。
3.根据权利要求1所述的有机活性胶状物，其特征在于所述的不含氨基的有机胶粘剂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟甲基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇胶粘剂、市售1799型聚乙烯醇胶粘剂或市售2099型聚乙烯醇胶粘剂。
4.一种胶焊非金属与金属材料的方法，其特征在于用有机活性胶状物胶焊非金属与金属材料的方法如下：一、将非金属材料的表面和金属材料的预连接面进行粗化、除油清洗、干燥；二、将权利要求1所述的有机活性胶状物涂覆于非金属材料预连接面及预连接面向外延伸0mm～10mm的区域，然后再依次将钎料与金属材料置于有机活性胶状物上，得到预连接结构；三、将步骤二得到的预连接结构置于真空炉中施焊，即完成焊接。
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