CN104185532A - 连接金属部件的方法 - Google Patents

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CN104185532A CN201380016830.7A CN201380016830A CN104185532A CN 104185532 A CN104185532 A CN 104185532A CN 201380016830 A CN201380016830 A CN 201380016830A CN 104185532 A CN104185532 A CN 104185532A
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Abstract

本发明涉及连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的方法，所述金属部件(11、12)具有高于1100℃的固相线温度。所述方法包括：将熔融抑制组合物(14)施用在所述第一金属部件(11)的表面(15)上，所述熔融抑制组合物(14)包含熔融抑制组分，所述熔融抑制组分包含至少25重量%的用于降低所述第一金属部件(11)的熔融温度的硼和硅；使所述第二金属部件(12)与所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的接触点(16)处接触(202)；将所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)加热到高于1100℃的温度；和允许所述第一金属部件(11)的熔融金属层(210)凝固，使得在所述接触点(16)处获得接缝(25)。还描述了所述熔融抑制组合物和相关产品。

Description

连接金属部件的方法
技术领域
本发明涉及通过使用熔融抑制组合物连接第一金属部件与第二金属部件的方法。本发明还涉及所述熔融抑制组合物和包括所述连接的金属部件的产品。
背景技术
现今存在用于连接用金属元素制成的金属部件(金属物品或金属工件)的不同连接方法，所述金属元素包括各种元素金属以及各种金属合金。所讨论的金属部件得益于制造其的金属元素或合金而具有至少1100℃的熔融温度，这意味着这些金属部件不能用例如纯铜、纯铝或各种铝基合金制成。可制成这些金属部件的金属的一些实例通常为铁基合金、镍基合金和钴基合金。
一种连接这类金属部件的常用方法是焊接，其为如下方法，其中在有或没有另外材料的情况下使金属部件中的金属熔融，即，通过熔融和随后的再凝固形成铸造产品。
另一连接方法是硬焊(brazing)，其为这样的金属连接方法，其中首先将填料金属施用在欲连接的两个金属部件中的至少一个上且随后加热到高于其熔点并通过毛细管作用在金属部件之间分配。使填料金属通常在由合适气氛的保护下达到高于熔融温度。填料金属随后流过金属部件朝向接触点，在接触点处形成接缝。
通常，在硬焊时，施用填料金属以接触在欲连接的金属部件之间的间隙或空隙。在加热过程期间，填料金属熔融并填充欲连接的间隙。在硬焊过程中，有三个主要阶段，其中第一阶段被称作物理阶段。物理阶段包括填料金属的润湿和流动。第二阶段通常在给定的连接温度下发生。在该阶段期间，存在固-液相互作用，其伴随着实质性的质量传递。在该阶段，马上连接液态填料金属的小体积的金属部件溶解或与填料金属反应。同时，来自液相的少量元素渗透到固态金属部件中。各组分在接缝区域中的该重新分配引起填料金属组成的改变，且有时起始填料金属的凝固。与第二阶段重叠的最后阶段的特征在于形成最终接缝微观结构并在接缝的凝固和冷却期间发展。连接液态填料金属的金属部件的体积非常小，即，接缝最大程度地由填料金属形成。通常，在硬焊时，在该接缝中的至少95%的金属来自填料金属。
连接两个金属部件(母体材料)的另一方法为瞬时液相扩散连接(TLP连接)，其中当来自中间层的熔点抑制元素在连接温度下移动到金属部件的晶格和晶界中时发生扩散。固态扩散过程随后导致连接界面处组成的改变且不同的中间层在比母体材料低的温度下熔融。因此，液体的薄层沿界面铺展以在比任一金属部件的熔点低的温度下形成接缝。连接温度的降低引起熔体凝固，且该相随后可通过保持在连接温度下一段时间而扩散进入到金属部件中。
诸如焊接、硬焊和TLP-连接的连接方法成功地连接金属部件。然而，焊接具有其局限性，因为其可能非常昂贵或者当它们难以接近时，甚至不可能产生许多接缝。硬焊也具有其局限性，例如，其有时难以恰当地施用或甚至难以确定最合适的填料金属。TLP-连接在连接不同材料时是有利的，但具有其局限性。例如，常常难以找到合适的中间层且在欲填充大间隙的情况下或当欲形成相对较大的接缝时，该方法并不真的适合产生接缝。
因此，在选择某一连接方法时涉及到许多因素。同样关键的因素有成本、生产率、安全性、工艺速度和连接金属部件的接缝的性质以及在连接之后金属部件本身的性质。即使上述方法具有它们的优点，但是仍然需要作为目前方法的补充使用的连接方法，特别是在考虑像成本、生产率、安全性和工艺速度的因素时。
概述
本发明的一个目的在于改善上述技术和现有技术。具体地讲，一个目的在于提供以简单且可靠的方式连接金属部件(金属工件，即用金属制成的工件或物品)，同时仍然在所述金属部件之间产生坚固的接缝的方法。
为了实现这些目的，提供连接第一金属部件与第二金属部件的方法。所述方法用于具有高于1100℃的固相线温度的金属部件。所述方法包括：
将熔融抑制组合物施用在所述第一金属部件的表面上，所述熔融抑制组合物包含熔融抑制组分，所述熔融抑制组分包含至少25重量%的用于降低所述第一金属部件的熔融温度的硼和硅；和任选的用于促进将所述熔融抑制组合物施用在所述表面上的粘合剂组分；
使所述第二金属部件与所述熔融抑制组合物在所述表面上的接触点处接触；
将所述第一金属部件和所述第二金属部件加热到高于1100℃的温度，由此使所述第一金属部件的所述表面熔融，使得所述第一金属部件的表面层熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点处与所述第二金属部件接触的熔融金属层；和
允许所述熔融金属层凝固，使得在所述接触点处获得接缝。
在所述金属部件中的金属可具有例如铁基、镍基和钴基金属合金的形式，因为他们通常具有高于1100℃的固相线温度。所述金属部件不可为不具有高于1100℃的固相线温度的纯铜、铜基合金、纯铝或铝基合金。在所述金属部件中的金属或甚至所述金属部件本身可称为“母体金属”或“母体材料”。在本文中，“铁基”合金为其中铁具有在该合金中的所有元素的最大重量百分数(重量%)的合金。相应的情形也适用于镍、钴、铬和铝基合金。
如所指出，所述熔融抑制组合物包含至少一种组分，所述组分为熔融抑制组分。任选地，所述熔融抑制组合物包含粘合剂组分。对降低至少所述第一金属部件的熔融温度作出贡献的熔融抑制组合物的所有物质或部分视为所述熔融抑制组分的一部分。将熔融抑制组合物的并不涉及降低至少所述第一金属部件的熔融温度，而是“粘合”熔融抑制组合物的部分视为所述粘合剂组分的一部分，因此其形成例如糊浆、漆料或浆料。当然，所述熔融抑制组分可包含其他组分，诸如少量的填料金属。然而，所述填料金属不可能代表超过75重量%的熔融抑制组分，因为至少25重量%的熔融抑制组分包含硼和硅。如果填料金属包含在所述熔融抑制组合物中，则其始终是所述熔融抑制组分的一部分。
在本文中，“硼和硅”是指按重量%计算的在所述熔融抑制组分中硼和硅的和。在此，重量%是指通过将质量分数乘以100确定的重量百分数。如所知，物质在组分中的质量分数为该物质的质量浓度(该物质在组分中的密度)与组分的密度的比率。因此，例如，至少25重量%的硼和硅是指在100g熔融抑制组分样品中硼和硅的总重量为至少25g。显然，如果粘合剂组分包含在所述熔融抑制组合物中，则硼和硅在所述熔融抑制组合物中的重量%可能小于25重量%。然而，在所述熔融抑制组分中始终存在至少25重量%的硼和硅，如上指出，其还包含可包含的任何填料金属，即填料金属始终被视为所述熔融抑制组合物的一部分。
“硼”包括在所述熔融抑制组分中的所有硼，其包括元素硼以及在硼化合物中的硼。相应地，“硅”包括在所述熔融抑制组分中的所有硅，其包括元素硅以及在硅化合物中的硅。因此，硼和硅在所述熔融抑制组分中可由在各种硼和硅化合物中的硼和硅来表示。
显然，所述熔融抑制组合物与常规硬焊物质完全不同，因为相对于熔融抑制物质如硼和硅，常规硬焊物质具有多得多的填充金属。通常，硬焊物质具有小于18重量%的硼和硅。
所述方法的优势在于可减少或甚至排除填料金属，和其可适用于用不同材料制成的金属板。其还可用于各种应用中，例如用于连接传热板或否则通过例如焊接或常规硬焊连接的任何合适金属物体。
当然，所述熔融抑制组合物也可施用在所述第二金属部件上。
所述硼可来源于元素硼和选自以下化合物中的至少任一种的硼化合物的硼中的任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。所述硅可来源于元素硅和选自以下化合物中的至少任一种的硅化合物的硅中的任一种：碳化硅、硼化硅和硅铁。
所述熔融抑制组分可包含至少40重量%的硼和硅，或甚至可以包含至少85重量%的硼和硅。这意味着，如果存在任何填料金属，则其分别以小于60重量%、小于15重量%的量存在。所述熔融抑制组分甚至可以包含至少95重量%的硼和硅。
硼可构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少10重量%。这意味着，当所述熔融抑制组分包含至少25重量%的硼和硅时，则所述熔融抑制组分包含至少2.5重量%的硼。硅可构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少55重量%。
所述熔融抑制组分可包含小于50重量%的金属元素，或小于10重量%的金属元素。所述金属元素对应于上文论述的“金属填料”。所述少量金属元素或金属填料十分明显地区分开所述熔融抑制组合物与例如已知硬焊组合物，因为已知的硬焊组合物包含至少60重量%的金属元素。在此，“金属元素”例如包括所有过渡金属，其为在周期表的d区的元素，包括在周期表上的3-12族。这意味着，例如铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)和钼(Mo)为“金属元素”。不是“金属元素”的元素有惰性气体、卤素及以下元素：硼(B)、碳(C)、硅(Si)、氮(N)、磷(P)、砷(As)、氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Tu)。应该注意到，例如，如果硼来自化合物硼化镍，则该化合物的镍部分为在该金属元素中所包括的金属元素，在一个实施方案中，其应该小于50重量%，且在另一实施方案中，小于10重量%。
所述第一金属部件的厚度可为0.3-0.6mm且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在所述第一金属部件的表面上每平方毫米施用平均0.02-0.12mg硼和硅。在所述第一金属部件的表面上每平方毫米施用平均0.02-0.12mg硼和硅包括经由例如所述第二金属部件的任何间接施用，例如，将硼和硅从所述第二金属部件转移到所述第一金属部件。因此，本文中提到的硼和硅未必一定直接施用在所述第一金属部件上，只要其仍然对所述第一金属部件的表面层的熔融做出贡献即可。
所述第一金属部件的厚度可为0.6-1.0mm且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在所述第一金属部件的表面上每平方毫米施用平均0.02-1.0mg硼和硅。如前所述，该施用还包括经由所述第二金属部件间接“施用”。
所述第一金属部件的厚度可大于1.0mm且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在所述第一金属部件的表面上每平方毫米施用平均0.02-5.0mg硼和硅。
所述表面可具有大于由在所述表面部分上的接触点限定的面积的面积，使得在允许形成接缝时在熔融金属层中的金属流到所述接触点。所述流动通常由毛细管作用引起。
所述表面的面积可为由所述接触点限定的面积的至少10倍。所述表面的面积可能甚至更大(或所述接触点相对较小)，诸如为由所述接触点限定的面积的至少20或30倍。所述表面的面积是指熔融金属在此流动以形成接缝的表面的面积。
所述表面的面积可为所述接缝的横截面积的至少3倍。所述表面的面积可能甚至更大(或所述接缝的横截面积相对较小)，诸如其为由所述接触点限定的面积的至少6或10倍。所述接缝的横截面积可定义为所述接缝横跨与定位所述接触点的表面平行的平面的横截面积，所述接缝在该位置具有最小的伸长(横截面积)。
所述接缝可包含至少50重量%或至少85重量%或甚至100重量%的金属(金属元素)，在加热之前，所述金属为第一金属部件或第二金属部件中任一个的一部分。这通过允许金属部件的金属流到接触点并形成接缝来完成。以此方式形成的接缝完全不同于通过硬焊形成的接缝，因为这类接缝通常包含至少90重量%金属，在硬焊之前，所述金属为用于形成接缝的硬焊物质的填料金属的一部分。
当所述第一金属部件和所述第二金属部件中的任一个可包括向另一金属部件延伸的多个突出物，因此当使所述第二金属部件与所述表面接触时，在所述表面上形成多个接触点。当所述金属部件具有堆叠并连接以形成换热器的波纹板的形状时，通常是这种情况。
所述第一金属部件可包含以下中的任一种：
i) >50重量% Fe、<13重量% Cr、<1重量% Mo、<1重量% Ni和<3重量% Mn；
ii) >90重量% Fe；
iii) >65重量% Fe和>13重量% Cr；
iv) >50重量% Fe、>15.5重量% Cr和>6重量% Ni；
v) >50重量% Fe、>15.5重量% Cr、1-10重量% Mo和>8重量% Ni；
vi) >97重量% Ni；
vii) >10重量% Cr和>60重量% Ni；
viii) >15重量% Cr、>10重量% Mo和>50重量% Ni；
ix) >70重量% Co；和
x) >10重量% Fe、0.1-30重量% Mo、0.1-30重量% Ni和>50重量% Co。
上述意味着第一金属部件以及第二金属部件可用许多不同的合金制成。显然，如在工业内常见，上述实例的余量为其他金属或元素。
根据另一方面，提供包括通过接缝与第二金属部件连接的第二金属部件的产品。所述金属部件具有高于1100℃的固相线温度且所述接缝包含至少50重量%的从包围所述接缝的区域中提取的金属元素且所述区域为所述第一金属部件和所述第二金属部件中的任一个的一部分。
根据另一方面，提供如下产品：其包括根据上述方法或其实施方案中的任一个与第二金属部件连接的第一金属部件。
根据另一方面，提供熔融抑制组合物，即其特别研发并构造成根据上述方法或其实施方案中的任一个连接第一金属部件与第二金属部件，所述熔融抑制组合物包含i) 熔融抑制组分，其包含至少25重量%的用于降低熔融温度的硼和硅，和ii) 任选的用于促进所述熔融抑制组合物施用在所述第一金属部件上的粘合剂组分。
所述方法、所述产品和所述熔融抑制组合物的不同目的、特点、方面和优点将从以下详述以及附图中显而易见。
附图简述
现例如参考随附的示意图描述本发明的实施方案，其中：
图1为第一金属部件和第二金属部件的横截面图，其中熔融抑制组合物施用在部件的中间；
图2显示在加热期间图1的金属部件；
图3显示在形成接缝时图1的金属部件；
图4为第一金属部件和第二金属部件的横截面图，其中熔融抑制组合物施用在部件的中间(is applied intermediate the components)且第二金属部件邻接第一金属部件，
图5显示在加热期间图4的金属部件，
图6显示在形成接缝时图4的金属部件；
图7在形成接缝时和在接缝形成期间金属部件已经彼此朝向对方压制的金属部件；
图8为对应于图7的视图，其中来自两种金属部件的材料已经熔融并形成接缝；
图9，对应于图1，且显示在金属部件之间的接触点的分布；
图10显示在金属部件之间的接触点的区域；
图11，对应于图3，且显示在金属部件之间的接缝的分布；
图12显示接缝的横截面积；
图13显示在描述两个金属部件可如何连接的许多实施例中使用的压板；
图14为在图5中显示的板和平板之间的接缝的横截面的相片；
图15显示测量的接缝宽度作为熔融抑制组合物的施用量(g/3500mm2)的函数绘制的图形，包括趋势线；
图16显示基于测量宽度计算的填充面积作为熔融抑制组合物的施用量(g/3500mm2)的函数绘制的另一图形，包括趋势线，
图17显示拉伸试验样品(其中接缝比板材料坚固或与板材料一样坚固)的百分比作为熔融抑制组合物的施用量(g/3500mm2)的函数的另一图形，包括趋势线；
图18显示已经连接的其他试验样品的图片；和
图19为连接第一金属部件与第二金属部件的方法的流程图。
详述
图1显示第一金属部件11和第二金属部件12，其中熔融抑制组合物14布置在第一金属部件11的表面15上。第二金属部件12在接触点16处与在表面15上的熔融抑制组合物14接触。对于所示出的第二金属部件16，第一突出物28在接触点16处与熔融抑制组合物14接触，而第二突出物29在另一接触点116处与熔融抑制组合物14接触。第一金属部件11由诸如铁基合金的金属元素制成。可制造第一金属部件11的合适金属元素的更多实例如下。第二金属部件12也由金属元素制成，该金属元素可为与制造第一金属部件11的金属元素相同的金属元素。在图1中，第一金属部件11与第二金属部件2未连接。
使用5个平面P1-P5来描述第一金属部件11和第二金属部件12如何连接。第一平面P1限定熔融抑制组合物14的表面。第二平面P2限定第一金属部件11的表面15，该表面为第一金属部件11的“上”表面15。这意味着，熔融抑制组合物14具有对应于在第一平面P1和第二平面P2(表面15)之间的距离的厚度。应该注意到熔融抑制组合物14的厚度在图示的图中大大放大。下文详细论述真实厚度，即在表面15上熔融抑制组合物14的量以及熔融抑制组合物14的组成。
第三平面P3限定第一金属部件11的表面层21，表面层21从表面15延伸并到达位于第一金属部件11中的第三平面P3。因此，表面层21的厚度对应于在第二平面P2(表面15)和第三平面P3之间的距离。第四平面P4限定第一金属部件11的下表面。第一金属部件11的厚度对应于在第二平面P2和第四平面P4之间的距离。第一金属部件11还具有下层22，下层22为第一金属部件11的不包括表面层21的那部分且从第三平面P3延伸到第四平面P4。第五平面P5限定第二金属部件12的基线，其中第一突出物28和第二突出物29在朝向第一金属部件11的方向从基线突出。
第一金属部件11和第二金属部件12的图示形状仅为举例说明的形状且同样可以想到其他形状。例如，金属部件11、12可具有曲线形状，使得平面P1-P5不具有平坦二维表面的形式，而是具有弯曲表面的形式。
图2显示金属部件11、12，将它们加热到高于熔融抑制组合物14引起表面层21熔融并形成熔融金属层210的温度，但低于在第一金属部件11中和在第二金属部件12中的材料的熔融温度的温度。简单地说，当加热金属部件11、12时，在熔融抑制组合物14中的硼和硅扩散到第一金属部件11中并使其在低于在第一金属部件11中(和在第二金属部件12中)的材料的熔融温度的温度下熔融。熔融抑制组合物14以使表面层21熔融并形成熔融金属层210的量施用在表面15上。因此，选择熔融抑制组合物14的量以使得硼和硅仅扩散到表面层21中(太多的硼和硅可使整个第一金属部件11熔融)。合适量的熔融抑制组合物14描述在以下实施例中。在熔融金属层210中的金属随后通常通过毛细管作用流向接触点16(且到达其他类似的接触点，诸如接触点116)。
图3显示金属部件11、12，所有熔融抑制组合物14已经扩散到第一金属部件11中且在熔融金属层210中的金属已经流向接触点16，在此现在形成了接缝25。该接缝现在包含先前为第一金属部件11的一部分的金属。如可以看出，熔融抑制组合物14不再存在于第一金属部件11的表面15上，因为其已经扩散到第一金属部件11中且通常在某种程度上扩散到第二金属部件12中。因为接缝25由来自第一金属部件11的金属形成，现在第一金属部件11比在加热之前薄。如可以看出，第一金属部件11现在具有不位于第二平面P2上的上表面15'。作为替代，该上表面现在更接近第四平面P4。通常，在熔融金属层210中的金属并非全部流向接触点16以形成接缝25，而是一些保持作为第一金属部件11的上表面且在那里与接缝25的凝固同时凝固。凝固不仅在温度降低时发生，而且在温度降低之前发生，例如因为在熔融抑制组合物中的硼和硅逐步扩散到第一金属部件11的材料中并与该材料混合。在第一金属部件11中的金属的熔融以及随后凝固后面的物理过程与在硬焊期间发生的熔融和凝固过程类似。然而，与常规硬焊相比较，一个重要的区别在于熔融抑制组合物14不包含填料金属或包含很少量的填料金属；代替使用用于产生接缝25的填料金属，使用来自第一金属部件11的金属和任选的如将描述的来自第二金属部件12的金属来产生接缝25。
图4-6对应于图1-3，差别在于，将第二金属部件12压到熔融抑制组合物14中，达到其基本上与第一金属部件11接触或邻接第一金属部件11的程度(少量的熔融抑制组合物14通常仍存在于金属部件11和金属部件12之间)。
图7对应于图3和图6，差别在于第一金属部件11和第二金属部件12在形成接缝25期间已经向彼此挤压。结果，第二金属部件12在接缝25的位置处“下沉”到第一金属部件11的熔融金属层210中。
图8对应于图7，其中来自第一金属部件11和第二金属部件12的材料已经熔融并形成接缝25。在实践中，这通常在接缝25形成期间发生，特别是如果第一金属部件11和第二金属部件12用相同材料制成，因为第二金属部件12也与熔融抑制组合物接触。
在加热之前，第二金属部件12具有由线L2限定的外部轮廓。在加热期间，第二金属部件12的表面层形成熔融表面层，其中该层的金属流到接触点16并在其中形成接缝25的一部分。第二金属部件12的熔融表面层由在线L2和线L1之间的层表示，其中线L1限定其中第二金属部件12的金属没有熔融时的边界。
应注意到，在分别熔融的第一金属部件11和未熔融的第二金属部件12的金属之间没有真正的明确边界。事实上，存在从“熔融”到“未熔融”的渐变过渡。
图9对应于图1，且显示在第一金属部件11和第二金属部件12之间的接触点16的分布。图10显示相同的金属部件11、12，不过是从上部且在第一平面P1中。图9为如沿图10的线A-A所见的横截面图。
可以看出，接触点16具有明显大于熔融抑制组合物14在表面15上的分布的熔融抑制组合物14在第一金属部件11上的分布。接触点16的分布具有明显小于熔融抑制组合物14在表面15上的面积A1的面积A2。面积A1包括面积A2。面积A1在位于接触点16的相应侧的两条线L3、L4之间延伸。线L3位于接触点16和另一接触点116之间，因为第一金属部件11的熔融金属通常流向最近的接触点。在其上施用熔融抑制组合物14的表面15的面积A1为由接触点16限定的面积A2的至少10倍。面积A1可定义为在其上施用熔融抑制组合物14的表面15的面积且金属从面积A1提取以形成接缝25。面积A2可定义为接触点16的面积，即在熔融抑制组合物14和第二金属部件12之间的接触面积，任选包括在接触点16处在第一金属部件11和第二金属部件12之间的接触面积(如果有的话)。面积A1通常为面积A2的至少10倍。
图11对应于图3且显示接缝25的横截面积A3。在其上施用熔融抑制组合物14的表面15的面积A1为接缝25的横截面积A3的至少3倍。图12显示相同的金属部件11、12，不过是从上部且在第二平面P2中。图11为如沿图12中的线A-A所见的横截面图。
可以看出，接缝25具有显著小于熔融抑制组合物14在表面15上的面积A1的横截面积A3。如前所述，面积A1可定义为在其上施用熔融抑制组合物14的表面15的面积且金属从面积A1提取以形成接缝25。接缝25的横截面积A3可定义为已经在第一金属部件11和第二金属部件12之间的接缝25的最小面积。横截面积A3可具有弯曲表面的形状。显然，面积A1和A2可根据第一金属部件11和第二金属部件12的相应形状而具有弯曲表面的形状。
现在提供许多实验和实施例来描述适合第一金属部件11、第二金属部件12的材料；熔融抑制组合物14的组成，应该使用的熔融抑制组合物14的量；加热的合适温度、应该加热多久等。因此，这些实验和实施例的结果用于先前描述的实体，如第一金属部件11、第二金属部件12、熔融抑制组合物14、接触点16、接缝25等，即所有先前描述的实体可结合关于以下实验和实施例描述的相应的有关特点。在下文中，将熔融抑制组合物称为“共混物”。金属部件可称为“母体金属”。
图13显示用于举例说明两个金属部件可如何连接的板150。板150为圆形压板，其直径为42mm，具有0.4mm的厚度且由316L (SAE钢号)型不锈钢制成。压板150具有各自约20mm长的两个压梁v和h。梁v代表左梁且梁h代表右梁。“v”和“h”在以下实施例5和9中使用。
图14显示在图13中所示类型的板150和平板之间的接缝的横截面。在板150的梁和该平板之间的接触点处产生接缝。为了估计形成该接缝的金属的量，进行以下近似和计算。
据估计在该接缝的中心处的体积可以忽略。因此，将接缝在宽度如宽度B(在该实施例中，1.21mm或更小)产生的金属体积设定为零。在距离为(X-B)/2的梁v外侧，金属已经聚积。当在平板上施用共混物(熔融抑制组合物)时，将板固持在一起且加热板的表面层至熔融且以熔融形式的金属通过毛细管作用从邻近区域运输到接缝的区域，由此形成构成该接缝的金属体积。
可以通过估计在接缝的中心的各侧上形成两个三角形来计算面积。在该三角形中的角度α测量为28°。总测量宽度为X且中心宽度为B。这两个三角形的总面积A因此为A = 2 · (((X-B)/2) · ((X-B)/2) · tan (α))/2。当B测量为1.21mm时，则A = 2 · (((X-1.21)/2) · ((X-1.21)/2) · tan(28))/2。流到缝隙以形成接缝的硬焊合金的总产生体积将为该面积乘两个梁v、h的长度。一些所形成的硬焊合金并不流到缝隙，而是留在施用共混物的表面上。
图15为显示作为共混物的不同实施方案的施用量(g/3500mm2，即克/3500平方毫米)的函数的测量宽度的图形，具有趋势线。试验的结果示于表8和表9 (参见以下实施例5)和图15中。图3的趋势线基于函数Y = K · X + L，其中Y为面积，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数。测量宽度和估计面积的结果由图15图示。共混物的施用量(参见表8和表9)为0.06g/3500mm2-0.96g/3500mm2，其对应于约0.017mg/mm2-0.274mg/mm2。
测量共混物的趋势线Y = K · X + L，其中Y为接缝宽度，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数，参见图表面15 3。因此，硬焊接缝的宽度为：
Y (对于A3.3的宽度) = 1.554 + 9.922 · (共混物A3.3的施用量)
Y (对于B2的宽度) = 0.626 + 10.807 · (共混物B2的施用量)
Y (对于C1的宽度) = 0.537 + 8.342 · (共混物C1的施用量)
Y (对于F0的宽度) = 0.632 + 7.456 · (共混物F0的施用量)。
从图15中观察到，共混物A3.3、B2、C1、D0.5、E0.3和F0当中的共混物A3.3给出了作为共混物的施用量的函数的在接缝中的硬焊合金的最高量。低于0.20g/3500mm2下样品F0未给出任何实质性的接缝。
图16显示绘制基于作为共混物施用量(g/3500mm2)的函数的测量宽度计算的硬焊接缝的填充面积的另一图形，具有趋势线。测量共混物的趋势线Y = K · X-L，其中Y为面积，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数，参见图16。对于图16，硬焊接缝的面积为：
Y (对于A3.3的面积) = 4.361 · (共混物A3.3的施用量)-0.161
Y (对于B2的面积) = 3.372 · (共混物B2的施用量)-0.318
Y (对于C1的面积) = 2.549 · (共混物C1的施用量)-0.321
Y (对于F0的面积) = 0.569 · (共混物F0的施用量)-0.093。
基于在图16中的图形对于所产生体积的估计，例如对于0.18g/3500mm2的量，排除样品F0(由于“没有”硬焊接缝)和样品D0.5(由于数据太少)，对于样品给出在板之间的接缝中硬焊合金的产生体积的值，参见下文：
体积(A3.3) = 0.63 · 长度40 (20 · 2) = 25.2mm3
体积(B2) = 0.30 · 长度40 (20 · 2) = 12.0mm3
体积(C1) = 0.12 · 长度40 (20 · 2) = 4.8mm3
体积(E0.3) = 0.10 · 长度40 (20 · 2) = 4.0mm3。
图17显示另一图形，其中%(百分比)为作为共混物的施用量(即g/3500mm2)的函数的拉伸实验的成功率，其中接缝比板材料坚固或与板材料一样坚固。当板比接缝坚固时，引起接缝破裂，结果设定为零。对于接缝比板材料坚固的样品，结果的差别没有统计显著性。
图18显示通过借助于共混物形成接缝来连接的另一样品。该图片显示存在在两个板之间形成的接缝。该样品来自实施例10。
实施例
在以下实施例中，给出了更多细节来说明本发明。
进行这些实施例中的试验以研究当将硅Si施用在母体金属的试验样品的表面上(即，在金属部件上)时硅是否能够产生“硬焊合金”。并且，为了降低硬焊合金的熔点，加入不同量的硼B。硼还用于改变硬焊合金的润湿特性。还研究了所试验共混物的性质。在这些实施例中，重量%为重量百分比且原子%为原子百分比。在此，“硬焊合金”是指在硅和硼引起母体金属(金属部件)的一部分或层熔融时形成的合金。“硬焊合金”因此包含该共混物和来自母体金属的金属元素。
如果没有陈述其他情况，则对于所有试验，在将硅和硼的共混物的样品加到试验样品中之前，母体金属的试验样品都通过盘洗且用丙酮来清洁。
实施例1
实施例1涉及欲试验的硅和硼的共混物的样品的制备。C1号共混物样品通过在来自Busch & Holm的Varimixer BEAR中共混118.0g结晶硅粉(粒径325目，99.5%(基于金属)，7440-21-3，来自Alfa Aesar-Johnsson Matthey Company)与13.06g结晶硼粉(粒径325目，98%(基于金属)，7440-42-8，来自Alfa Aesar-Johnsson Matthey Company)和77.0g Nicorobraz S-30粘合剂(来自Wall Colmonoy)以生成208g糊浆，参见样品C1。所有试验样品都根据与共混物样品C1相同的程序来制备。样品汇总于表2中。所制备的共混物对应于先前论述的“熔融抑制组合物”。在该共混物中的硼和硅对应于熔融抑制组合物的“熔融抑制组分”且在该共混物中的粘合剂对应于熔融抑制组合物的“粘合剂组分”。
样品G15、H100、I66和J以与样品F0、E0.3、D0.5、C1、B2和A3.3相同的方式制备，差别在于使用另一粘合剂。该粘合剂为来自Wall Colmonoy的Nicorobraz S-20粘合剂。这些试验样品汇总于表3中。
对于共混物样品，进行计算以显示比率、重量百分比和原子百分比，如在表4中所示。
粘合剂
测量在S-20粘合剂和S-30粘合剂中的粘合剂(聚合物和溶剂)含量。随后试验在凝胶内“干”材料的含量。将S-20粘合剂和S-30粘合剂的样品称重且此后将其置于处于98℃下的烘箱中18小时。在将样品从烘箱中取出之后，将它们再次称重且将结果提供在表5中。
实施例2
实施例2涉及硬焊试验，即其中将共混物样品布置在金属部件(试验部件或试验板)上的试验。金属部件具有直径83mm和厚度0.8mm的圆形试片的形式且金属部件由316L型不锈钢制成。使用共混物的两种不同量：0.2g和0.4g。将共混物施用在金属部件上。所有样品都在常规真空炉中在1210℃下硬焊1小时。进行双重试验。意味着，两种共混物量、双重样品和6种不同的共混物，2 · 2 · 6 = 24个样品。所试验的共混物有：F0、E0.3、D0.5、C1、B2和A3.3。将共混物施用在具有约10-14mm的直径的金属部件的圆形区域，即78-154mm2的表面上。每平方毫米施用约1.3-5.1mg共混物。
观察到金属部件的金属已经熔融，即，产生熔体。还观察到熔体在一些方面表现为具有流动性的硬焊合金。在没有测量润湿的尺寸的情况下，看起来共混物中增加的硼量引起更好的润湿。然而，还看出，对于多个样品，金属部件的整个厚度已经熔融，使得在金属部件的中间产生孔。对于“0.2g样品”，12个试件中5个试件具有孔，且对于“0.4g试样”，12个试件中10个试件具有孔。进一步的试验显示，为了避免孔，当金属部件具有0.3-0.6mm的厚度时，可合适地施用每平方毫米平均0.02-0.12mg硼和硅。当金属部件具有0.6-1.0mm的厚度时，每平方毫米0.02-1.0mg硼和硅可能合适。可凭经验确定甚至更合适的量。
实施例3
实施例3涉及将共混物施用在表面上。在该实施例中，准备试验板(金属部件)以同时用于角焊缝试验(fillet test)、腐蚀试验和拉伸试验。根据实施例2，得出这样的结论，将硅和硼的共混物以点或线施用在薄壁板上可能是危险的，因为这可在板中产生孔。因此，使用新试验样品(即试验板)来对于角焊缝试验、腐蚀试验和拉伸试验施用不同的Si和B的共混物。
这些新试验样品为由316L型不锈钢制成的板。板的尺寸为宽100mm、长180-200mm且厚0.4mm。所有板在施用Si和B的共混物样品之前都通过盘洗并用丙酮来清洁。测量重量。在各板上，掩蔽测量为距短侧35mm的部分。
使用不同的试验共混物A3.3、B2、C1、D0.5、E0.3、F0、G15、H100和I66。将试验板用共混物在板的未掩蔽表面区域上涂漆(通过使用常规刷涂)，该表面区域具有100mm x 35mm的尺寸。粘合剂为S-30。在室温下干燥大于12小时之后，除去掩蔽带并测量各板的板重量。在下表6中提供的重量为在面积100mm x 35mm = 3500mm2 = 35cm2上共混物的总量的重量。该实施例显示共混物容易地施用在金属表面上。
实施例4
实施例4涉及腐蚀-弯曲试验。从试验板上切下具有35mm的宽度的切片，意味着具有35mm x 35mm的施用表面区域。向该表面区域上放置圆形压板(参见图13)，该压板具有直径42mm和厚度0.4mm的尺寸，其由316L型不锈钢制成。将试验样品在1210℃下加热(“硬焊”) 1小时。用于该腐蚀试验的试验板具有施用的共混物样品A3.3、B2、C1、D0.5、E0.3、H100、I66和J，参见表4。
样品根据腐蚀试验方法ASTM A262“检测在奥氏体不锈钢中对颗粒间攻击的敏感度的标准操作规程(Standard Practices for Detecting Susceptibility to inter-granular Attack in Austenitic Stainless Steels)”试验。从该试验方法中选择“操作规程E-铜-硫酸铜-硫酸。用于检测对在奥氏体不锈钢中的颗粒间攻击的敏感度的试验(Practice E-Copper-Copper Sulfate-Sulfuric Acid. Test for Detecting Susceptibility to Inter-granular Attack in Austenitic Stainless Steel)”。选择该腐蚀试验的原因在于存在硼可能与在钢铁中的铬反应以主要在晶粒边界处产生硼化铬的危险且随后增加颗粒间腐蚀攻击的危险，这在称作“操作规程”的标准中使用，使16%硫酸与硫酸铜一起在20小时内沸腾且此后根据在该标准中的第30章进行弯曲试验。
下文论述来自腐蚀-弯曲试验的结果和试验样品的截取(sectioning)。根据在该标准中的第30.1章中的腐蚀试验方法将试件弯曲试验。在弯曲表面的视觉研究下样品中没有一个给出颗粒间攻击的迹象。在ASTM研究之后，将弯曲的试验样品切割、打磨并抛光且将横截面在光学显微镜下以EDS，即能量散射光谱学研究。结果汇总于表7中。
显然，当加入大量的硼，对于样品H100、J、I66，随着硼量增加，在表面上形成脆弱相，最可能是硼化铬相。在H100样品中没有看到脆弱相，最可能归因于在表面上的腐蚀。硼化物的量也随着硼量而增加，这意味着必须考虑到当加入大量的硼时，对于在腐蚀试验中受到攻击的样品H100，腐蚀性质可能减小。硼的该“负面”作用可通过使用较厚的母体金属和/或较久的扩散时间(允许形成接缝所使用的时间)来减小。这又可能稀释在母体金属中的硼。同样，对于正常量的硼，例如A3.3和B2，形成较薄的脆弱表面层。可以看到，对于在样品，样品E0.3，中少量的硼，形成相当厚的脆弱表面层，其具有通常大于5重量%硅的高硅含量，该表面层具有与A3.3、B2、H100、I66和J的脆弱表面不同的特性。硅的该“负面”作用可通过使用较厚的母体金属和/或较久的扩散时间来减小。这又可能稀释在母体金属中的硅。
实施例5
实施例5涉及一些样品的角焊缝试验。从根据实施例3制得的试验样品上切下具有35mm宽度的板的切片，这意味着35mm x 35mm的施用表面。向该表面上放置圆形压板，参见图13，直径42mm且厚度0.4mm，其由316L型不锈钢制成。该压板具有各自约20mm长的两个压梁。将样品在约1200℃下硬焊约1小时。
该角焊缝试验的结果显示在平坦表面区域(在其上施用共混物)和在图13中显示的试验样品的压梁之间产生的接缝区域中存在一定量的硬焊合金。通过近似，参见图14，通过经由估计在接缝中心的各侧上形成两个三角形面积来计算硬焊合金的量。在中部，没有或仅有非常少量的另外形成的“硬焊合金”。这两个三角形可通过测量高度(h)和底(b)来测量，这两个三角形的总面积总计为(h) · (b)，因为存在两个三角形。该计算的问题在于高度难以测量。因此，我们使用以下方程式来计算这两个三角形面积：
A = ((X-B)/2) · ((X-B)/2) · tan α
A为这两个三角形的总面积，X为所形成接缝的总宽度，B为所形成接缝的部分，其中在接缝中心所形成硬焊合金的体积可以忽略。因此，各三角形的底为(X-B)/2。高度通过测量角度α来计算，该角度α为在压梁的切线至基底之间的角度。
为了计算已经流到缝隙的所形成硬焊合金的体积，将与所测量的表面接触的相应两个梁的长度测量为20mm。将梁的总长度乘以该总面积。
两个三角形的面积为在硬焊之后在表8和表9中的估计面积。该体积为在一个梁上形成的硬焊合金的体积。来自角焊缝试验的结果示于表8和表9中及图15中。在表8和表9中，v和h代表v = 左梁且h = 右梁。
表8(角焊缝试验的测量值，样品A3.3-B2/B4)
表9 (样品C1-F0的角焊缝试验的测量值)
所测量的宽度和估计面积的结果提供在表8和表9中并图示在图15的图形中。施用量(参见表8和表9)为0.06g/3500mm2-0.96g/3500mm2，其对应于约0.017mg/mm2-0.274mg/mm2。
测量共混物的趋势线Y = K · X + L，其中Y为接缝宽度，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数，参见图15。因此，硬焊接缝的宽度为：
Y (对于A3.3的宽度) = 1.554 + 9.922 · (共混物A3.3的施用量)
Y (对于B2的宽度) = 0.626 + 10.807 · (共混物B2的施用量)
Y (对于C1的宽度) = 0.537 + 8.342 · (共混物C1的施用量)
Y (对于F0的宽度) = 0.632 + 7.456 · (共混物F0的施用量)。
从该图形中观察到，共混物A3.3、B2、C1、D0.5、E0.3和F0当中的共混物A3.3给出作为共混物的施用量的函数的在接缝中的硬焊合金的最高量。在低于0.20g/3500mm2下样品F0未给出任何实质性接缝。
测量共混物的趋势线Y = K · X-L，Y为面积，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数，参见图16。
Y (对于A3.3的面积) = 4.361 · (共混物A3.3的施用量)-0.161
Y (对于B2的面积) = 3.372 · (共混物B2的施用量)-0.318
Y (对于C1的面积) = 2.549 · (共混物C1的施用量)-0.321
Y (对于F0的面积) = 0.569 · (共混物F0的施用量)-0.093。
基于图16中的图形，例如对于0.18g/3500mm2的量，排除样品F0(由于“没有”硬焊接缝)和样品D0.5(由于数据太少)，对于所产生体积的估计对于样品给出在两个梁之间的接缝中硬焊合金的产生体积的值，参见下文。
体积(A3.3) = 0.63 · 长度40 (20 · 2) = 25.2mm3
体积(B2) = 0.30 · 长度40 (20 · 2) = 12.0mm3
体积(C1) = 0.12 · 长度40 (20 · 2) = 4.8mm3
体积(E0.3) = 0.10 · 长度40 (20 · 2) = 4.0mm3。
并且，对具有高比例的硼的共混物进行试验，例如样品G15、H100、I66和J。所试验的样品在所产生的硬焊合金体积方面非常类似于共混物A3.3和B2。然而，硬焊样品的冶金横截面显示硼化物的量更大且对于样品H100，即纯硼，在其上较早施用了共混物的表面上还见到脆性高铬相。该硬相最可能是硼化铬，其减小在周围材料中的铬含量，减小耐腐蚀性。这在希望良好的耐腐蚀性时可能是一个问题，但对于无腐蚀环境，则不是问题。硼的作用可通过改变热处理和/或通过使用可“吸收”更大量的硼的较厚的母体金属来减小。对于大于等于1mm的较厚材料，在该表面中的该作用也将不那么严重，因为与母体金属体积相比，表面体积的比例比小于1mm或小于0.5mm的薄材料小得多。如果希望良好的耐磨性，则该硼化铬会是一个优点。冶金研究还显示，对于样品F0，即纯硅，发现厚的脆性含硅相，在所研究样品中的一些区域，其厚度大于板厚度的50%。在接缝中还发现了类似的相。在该相中发现裂缝，长度大于板厚度的30%。所述裂缝将减小连接产物的机械性能且可为腐蚀和/或疲劳裂缝的引发点。该相的平均测量硬度超过400HV (Vickers)。与硼化物相比较，该脆性相可能难以使用较厚的母体金属或热处理的改变而减小。同样，对于较厚的母体金属，该效应会不那么严重。
实施例6
实施例6涉及接缝的拉伸试验。随后，将对应于在实施例3中使用的那些试验板的试验板切成切片。切片样品的尺寸为约10mm宽、180-200mm长且具有0.4mm的厚度。各切片的施用面积则为10mm×35mm = 350mm2。在该施用面积上，放置较厚部件－4mm的316L型不锈钢，覆盖总35mm施用表面的30mm。该较厚部件放置在切片的末端，留下5mm的施用表面未被厚板覆盖。通过这样做，在拉伸试验时，如果接缝比板坚固，则将检测到由于施用的共混物引起的板材料强度的减小。较厚的板比10mm切片还宽。所有试验样品都在约1200℃下硬焊(加热)约1小时。
在加热之后，将厚部件水平安装在拉伸试验机中。将切片向垂直方向稳固地弯曲到90°。安装样品，使得它们可在水平方向上移动。随后装载样品并使接缝破裂。
当板比接缝坚固时，使得接缝破裂，结果设定为零。对于接缝比板材料坚固的样品，结果的差别没有统计显著性。结果显示为作为施用量的函数的所试验样品的百分比(%)，其中接缝比板坚固或与板一样坚固，这意味着当试验时接缝没有破裂。结果汇总于表10中和图17的图形中。
表10
实施例7
为了确立在共混物的施用量和产生穿过板的孔的危险性之间的关系，进行新试验。对于所有试验，使用共混物B2，参见表6。共混物B2还包含粘合剂S-30。所试验的试件为具有0.8mm的厚度且具有83mm的直径的圆形。在试验板中的母体金属为316型不锈钢。对于所有样品，在试验样品的中心施用共混物。施用面积为28mm2，即具有6mm的直径的圆形斑。在施用前后称量所有试验样品，且结果汇总于表11中。此后，将试验样品置于处于室温下的炉子中历时12小时。将样品再次称重。
将试验样品全部置于炉子中并在1210℃下加热(也称作“硬焊”)约1小时。在硬焊期间，仅使各样品的外缘与夹具材料接触，在硬焊期间保持板中心底部表面不与任何材料接触。保持板中心底部表面不接触的原因在于如果中心材料通过夹具材料从下面支撑，则可防止崩塌或焊穿。
0.8mm样品的施用量和焊穿结果汇总于表11中。
表11
试验显示对于具有0.8mm的厚度的板在样品10和样品11之间存在焊穿(孔)。样品10具有2.264mg/mm2的共混物施用量且样品11具有2.491mg/mm2的共混物施用量。对于具有小于1mm的厚度的连接板，用约2.830mg/mm2-约3.114mg/mm2范围内的量，存在焊穿板的危险，在该范围的中间的量为2.972mg/mm2。因此，对于具有小于1mm的厚度的板，为了避免焊穿板，小于2.9mg/mm2的量将是合适的。
实施例8
在实施例8中，在两个换热器压板之间的硬焊接缝以三种不同的方式制得。换热器板的厚度为0.4mm。
在第一和第二试验样品中，使用具有接近于316型不锈钢的组成的铁基硬焊填料。对于该硬焊填料，参见WO 2002/38327。该硬焊填料具有约10重量%的增加量的硅、约0.5重量%的量的硼和约10.5重量%的减小量的铁。在第一试验样品中，将硬焊填料以线施用，且在第二试验样品中，将硬焊填料均匀地施用在表面上。在两种情况下，填料都在压制之后施用。
硬焊试验样品1显示以线施用的硬焊填料逼近硬焊接缝。一些硬焊填料不流向硬焊接缝，且因此局部地增加在施用线处的厚度。对于试验样品2，硬焊填料流向硬焊接缝，然而，在硬焊填料上的一些保留在表面上且增加厚度。在试验样品1和2中，硬焊填料的量对应于约15重量%的板材料量。
在试验样品3中，使用A3.3共混物，参见表6。在均匀地压制在板上之前施用共混物。该共混物以将产生具有与试验样品1和2类似的尺寸的硬焊接缝的量施用。
试验样品3施用有具有相当于约1.5重量%的板材料的重量的厚度的层。通过施用共混物A3.3，硬焊合金由母体金属(金属部件)形成，且所形成的硬焊合金流向硬焊接缝。因此，板的厚度减小，因为与加在表面上的共混物相比，更多的材料逼近硬焊接缝。
实施例9
实施例9涉及用不同硼和硅源的试验。目的在于研究供选的硼源和硅源。将共混物B2，参见表6，选为参考物用于试验。针对它们产生接缝的能力来试验供选的来源。对于各实验，试验供选的硼源和供选的硅源。当使用供选的来源时，假设其他元素的影响为零，这意味着其仅为“测量的”供选组分中的硼或硅的重量，参见表12。对于参考共混物B2，在硅和硼之间的重量比为10g:2g，总计为12g。各共混物包含S-30粘合剂且共混物根据实施例1施用在钢板上。所有样品在真空炉中在1210℃下硬焊1小时。
表12
测量共混物B2的趋势线Y = K · X + L，Y为接缝宽度，K为对于B2的线的斜率，X为共混物的施用量且L为在没有共混物B2的施用量的情况下的常数，参见图15。因此，硬焊接缝的宽度Y = 0.626 + 10.807 · (共混物的施用量)。
在表13中，如在实施例5中，v和h代表v = 左梁且h = 右梁。
表13
在表13中的结果显示可以使用B4C、NiB和FeB作为硼的供选来源。当使用NiB时，所产生的量小于纯硼。然而，如果希望Ni合金化作用，则可使用NiB。
实施例10
在实施例10中，试验了许多不同的母体金属，即可用于图1的金属部件11和12的金属。除了软钢和Ni-Cu合金外的所有试验都根据“试验Y"试验(参见下文)。
对于试验Y，将具有约0.8mm的厚度的两个圆形压制试件放置在彼此上面。各样品具有压制的圆梁。将梁的顶面相对于彼此放置，在试件之间产生圆形缝隙。对于各样品，在该实施例中将包含粘合剂S-20的B2共混物用漆刷施用。因为当用漆刷施用时，施用是不均匀的，所以没有测量共混物加入量的重量。在连接之后样品之一的图片提供在图18中。
以同样的方式施用软钢样品和Ni-Cu样品，但对于软钢，根据在实施例5“角焊缝试验”中进行的试验，而对于Ni-Cu试验，用两个平坦的试件。将除Ni-Cu之外的样品在炉子中在约1200℃，即1210℃下在真空气氛炉中“硬焊”1小时。将Ni-Cu样品在约1130℃下在相同的真空炉中硬焊约1小时。在“硬焊”之后，对于所有试验在试件之间形成接缝。对于所有试验样品还观察到所产生的“硬焊合金”(由母体金属制成)向接缝的流动。结果示于表14中。
表14
表14中的结果显示对于各个样品1-20，在共混物和母体金属之间形成硬焊合金。结果还显示对于各试验样品产生接缝。
实施例显示需要硼来产生实质量的硬焊合金，其可填充接缝以及在接缝中产生强度。实施例还显示对于微观结构需要硼，因为对于没有硼的样品，发现厚的脆弱相。
根据上述得出母体金属，即结合例如图1描述的金属部件，可由包含诸如铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、锰(Mn)、铜(Cu)等的元素的合金制成。将用于金属部件的合金的一些实例在表15中的列表中见到。
表15
所述共混物，即熔融抑制组合物，可通过如上所述涂漆来施用。所述共混物还可通过诸如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)的方法施用，在这种情况下，共混物不必包含粘合剂组分。可以通过涂漆或通过PVD或CVD将硅施用在一层中且将硼施用在一层中。然而，即使以层施用，硼和硅两者也被视为包含在熔融抑制组合物中，因为它们在加热期间将相互作用，就好像它们在施用前混合一样。
方法
参考图19，图示连接第一金属部件和第二金属部件的方法的流程图。所述金属部件可由如上所述的不同材料制成。
在第一步骤201中，将熔融抑制组合物施用在金属部件之一(在此，第一金属部件)的表面上。该施用本身可通过常规技术，例如通过喷雾或涂漆(如果熔融抑制组合物包含粘合剂组分)进行，且如果不使用粘合剂组分，则通过PVD或CVD进行。
在下一步骤202中，使第二金属部件在表面上的接触点处与熔融抑制组合物接触。这可手动进行或通过采用常规自动化生产系统自动地进行。
在下一步骤303中，将金属部件加热到高于1100℃的温度。精确温度可在以上实施例中见到。在该加热期间，至少第一金属部件的表面熔融且与熔融抑制组分一起形成熔融金属层，该熔融金属层在第一金属部件和第二金属部件之间的接触点处与第二金属部件接触。当这发生时，该熔融金属层的金属流向接触点。
最后步骤204，允许熔融金属层凝固，使得在接触点处获得接缝，即流到接触点的金属凝固。该凝固通常包括将温度降低到常温。然而，凝固还在温度降低之前在接缝区域中重新分配各组分(硼和硅)的物理过程期间发生。
根据上文描述，虽然已经描述并显示了本发明的各种实施方案，但是本发明不受此约束，而其还可在以下权利要求书中限定的主题的范围内以其他方式体现。各种熔融抑制组合物也可与用于金属部件的各种金属组合。例如，熔融抑制组合物(共混物) A3.3可与用316钢制成的金属部件组合。

Claims (29)

1.连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的方法，所述金属部件(11、12)具有高于1100℃的固相线温度，所述方法包括
- 将熔融抑制组合物(14)施用(201)在所述第一金属部件(11)的表面(15)上，所述熔融抑制组合物(14)包含：
· 熔融抑制组分，其包含至少25重量%的用于减小所述第一金属部件(11)的熔融温度的硼和硅，和
· 任选的粘合剂组分，其用于促进所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的施用(201)，
- 使所述第二金属部件(12)与所述熔融抑制组合物(14)在所述表面(15)上的接触点(16)处接触(202)；
- 将所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)加热(203)到高于1100℃的温度，所述第一金属部件(11)的所述表面(15)由此熔融，使得所述第一金属部件(11)的表面层(21)熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点(16)处与所述第二金属部件(12)接触的熔融金属层(210)；和
- 允许(204)所述熔融金属层(210)凝固，使得在所述接触点(16)处获得接缝(25)。
2.权利要求1的方法，其中所述硼来源于元素硼和选自至少以下化合物中的任一种的硼化合物的硼中的任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。
3.权利要求1或2的方法，其中所述硅来源于元素硅和选自至少以下化合物中的任一种的硅化合物的硅中的任一种：碳化硅、硼化硅和硅铁合金。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少40重量%的硼和硅。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少85重量%的硼和硅。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其中硼构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少10重量%。
7.权利要求1-6中任一项的方法，其中硅构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少55重量%。
8.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于50重量%的金属元素。
9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于10重量%的金属元素。
10.权利要求1-9中任一项的方法，其中所述第一金属部件的厚度为0.3-0.6mm且所述熔融抑制组合物(14)的施用(201)包括在所述第一金属部件(11)的表面(15)上每平方毫米施用平均0.02-0.12mg硼和硅。
11.权利要求1-9中任一项的方法，其中所述第一金属部件的厚度为0.6-1.0mm且所述熔融抑制组合物(14)的施用(201)包括在所述第一金属部件(11)的表面(15)上每平方毫米施用平均0.02-1.0mg硼和硅。
12.权利要求1-11中任一项的方法，其中所述表面(15)具有大于由在所述表面(15)上的接触点(16)限定的面积(A2)的面积(A1)，使得在所述熔融金属层(21')中的金属在允许(204)所述接缝(25)形成时流到所述接触点(16)。
13.权利要求12的方法，其中所述表面(15)的面积(A1)为由所述接触点(16)限定的面积(A2)的至少10倍。
14.权利要求12或13的方法，其中所述表面(15)的面积(A1)为所述接缝(25)的横截面积(A3)的至少3倍。
15.权利要求1-14中任一项的方法，其中所述接缝(25)包含至少50重量%的金属，所述金属在所述加热(203)之前为所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)之一的一部分。
16.权利要求1-15中任一项的方法，其中所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)中的任一个包括向另一金属部件延伸的多个突出物(28、29)，使得当使所述第二金属部件(12)与所述表面(15)接触(202)时，在所述表面(15)上形成多个接触点(16、116)。
17.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>50重量% Fe、<13重量% Cr、<1重量% Mo、<1重量% Ni和<3重量% Mn。
18.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>90重量% Fe。
19.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>65重量% Fe和>13重量% Cr。
20.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>50重量% Fe、>15.5重量% Cr和>6重量% Ni。
21.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>50重量% Fe、>15.5重量% Cr、1-10重量% Mo和>8重量% Ni。
22.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>97重量% Ni。
23.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>10重量% Cr和>60重量% Ni。
24.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>15重量% Cr、>10重量% Mo和>50重量% Ni。
25.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>70重量% Co。
26.权利要求1-16中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含>10重量% Fe、0.1-30重量% Mo、0.1-30重量% Ni和>50重量% Co。
27.包括通过接缝(25)与第二金属部件(12)连接的第一金属部件(11)的产品，所述金属部件(11、12)具有高于1100℃的固相线温度，其中所述接缝(25)包含至少50重量%金属元素，所述金属元素从面积(A1)中提取，所述面积(A1)围绕所述接缝且为所述第一金属部件(11)和所述第二金属部件(12)中任一个的一部分。
28.包含根据权利要求1-27中任一项的方法与第二金属部件(12)连接的第一金属部件(11)的产品。
29.用于根据权利要求1-27中任一项的方法连接第一金属部件(11)与第二金属部件(12)的熔融抑制组合物，所述熔融抑制组合物包含i) 熔融抑制组分，其包含至少25重量%用于减小熔融温度的硼和硅，和ii) 任选的粘合剂组分，其用于促进所述熔融抑制组合物(14)在所述第一金属部件(11)上的施用(201)。
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