CN103480932A - 玻璃与钢的低温钎焊方法 - Google Patents

玻璃与钢的低温钎焊方法 Download PDF

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Abstract

玻璃与钢的低温钎焊方法，涉及一种玻璃与钢的低温钎焊方法。是要解决常规连接方法连接玻璃与钢存在接头应力大、易老化失效、密封性不佳的问题。本发明中玻璃与钢的低温钎焊方法通过下列步骤实现：一、在玻璃表面制备陶瓷/金属涂层；二、将钢块表面经砂纸打磨，与玻璃样块、钎料箔一起放入丙酮中清洗，吹干；三、将钢块、钎料箔、玻璃样块待焊面涂擦钎剂后依次叠置，放入炉中加热钎焊，既完成。本发明用于玻璃与金属的钎焊连接工程领域。

Description

玻璃与钢的低温钎焊方法
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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得的玻璃样块待焊叠合面，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，回流炉先以40℃/min的速度升温至180℃并保温2min，再以30℃/min的速度升温至270℃并保温5min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为5.3MPa。
实施例2：
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：
[0024]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120μm。
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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得的玻璃样块待焊叠合面，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，回流炉先以40℃/min的速度升温至180℃并保温2min，再以30℃/min的速度升温至270℃并保温5min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为3.3MPa。
实施例3：
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50μm，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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得的玻璃样块待焊叠合面，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，回流炉先以40℃/min的速度升温至180℃并保温2min，再以30℃/min的速度升温至270℃并保温5min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为4.9MPa。
实施例4：
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50μm，金属Cu涂层为工作涂层，厚度控制为150μm。
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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得玻璃样块的待焊叠合面，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，回流炉先以40℃/min的速度升温至180℃并保温2min，再以30℃/min的速度升温至270℃并保温5min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为6.4MPa。
实施例5：
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200μm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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得玻璃样块的待焊叠合面，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，回流炉先以40℃/min的速度升温至180℃并保温2min，再以30℃/min的速度升温至270℃并保温5min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为4.7MPa。
实施例6：
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90μm。
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。
三、将BS-850型钎剂涂擦于钢块和步骤一制得玻璃样块的待焊叠合面，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，回流炉先以30℃/min的速度升温至180℃并保温1min，再以20℃/min的速度升温至270℃并保温4min，然后炉中冷却至150℃取出自然冷却至室温。
本实施例获得的玻璃与钢的接头未出现由于残余应力导致的开裂现象，接头室温抗拉强度为3.9MPa。

Claims (6)

1.一种玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于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，然后将打磨后的钢块、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。
2.根据权利要求1所述的玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于步骤一中的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。
3.根据权利要求1所述的玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于步骤一中的玻璃为钠钙钢化玻璃。
4.根据权利要求1所述的玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于步骤二中的钢为45号钢。
5.根据权利要求1所述的玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于步骤三中的钎料为Sn-Ag共晶钎料箔，厚度50～100μm，钎剂为BS-850型钎剂。
6.根据权利要求1所述的玻璃与钢的低温钎焊方法，其特征在于步骤三中的加热过程为：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。
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