CN104475898B - 多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，本发明涉及材料焊接领域。本发明要解决现有异种材料钎焊的过程中接头极易产生较大残余应力，进而严重削弱接头的力学性能，甚至导致已经连接好的接头发生破坏的问题。方法：打磨去除陶瓷基复合材料和金属材料表面杂质，然后将纳米氧化铝模板和钎料混合均匀，得到复合多孔中间层钎料，将陶瓷基复合材料与金属材料依次叠放，然后将复合多孔中间层钎料置于陶瓷基复合材料与金属材料待焊接面之间，得到待焊件；将待焊件置于真空钎焊炉中，抽真空，并在高温下保温，最后冷却至室温，即完成多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊过程。本发明用于多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊。
Description
技术领域
本发明涉及材料焊接领域。
背景技术
为满足某些特殊需求或充分发挥材料的性能需要将异种材料组合使用，进而就必须实现异种材料的连接。从目前的焊接方法来看，钎焊是实现陶瓷类材料以及异种材料连接最具有潜力技术之一，并被广泛地研究钎焊方法。相比较其他焊接方法，具有工艺简单、成本较低、适合异种材料之间的连接等优点。然而，异种材料的钎焊中主要面临以下两大难题。一：连接难点主要表现在异种材料物理性能以及化学性质的差异。钎焊的过程中接头极易产生较大的热应力。残余应力会严重削弱接头的力学性能，甚至导致已经连接好的接头发生破坏。目前，可以通过优选钎料以及调整钎焊中间层结构来缓解接头残余应力，改善钎焊接头性能。缓解异种材料钎焊接头残余应力添加的中间层种类包括软性、硬性、复合和梯度中间层。软性中间层主要通过软金属的塑性变形和蠕变缓解接头的残余应力；硬性中间层主要通过添加与陶瓷热膨胀系数接近的硬金属缓解应力；复合中间层是结合了软金属加硬金属的特点。复合中间层的设计把软性中间层具有的塑性变形能力与硬性中间层具有的低热膨胀系数统一起来，实现接头残余应力的缓解。因此，亟需开发出一种简单且高效的方法来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决现有异种材料钎焊的过程中接头极易产生较大残余应力，进而严重削弱接头的力学性能，甚至导致已经连接好的接头发生破坏的问题，而提供多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法。
多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、将陶瓷基复合材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的陶瓷基复合材料，将金属材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的金属材料；
二、将纳米氧化铝模板和钎料混合均匀，得到复合多孔中间层钎料，将表面去除杂质的陶瓷基复合材料与表面去除杂质的金属材料依次叠放，然后将复合多孔中间层钎料置于陶瓷基复合材料与金属材料待焊接面之间，得到待焊件；
所述的纳米氧化铝模板和钎料的质量比为1:(20～200)；
三、将待焊件置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空，然后将真空钎焊炉温度升温至500℃～1000℃，并在温度为500℃～1000℃下保温10min～30min，最后以降温速度为10℃/min将温度由500℃～1000℃冷却至室温，即完成多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊过程。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用添加中间层，形成独特的多孔中间层结构，实现非金属材料到金属材料之间热膨胀系数的梯度过渡，可以降低钎焊后接头存在的残余应力，改善接头的力学性能，有利于提高异种材料的钎焊性能。
2、本发明使用的中间层的孔径大小和厚度均可以调控，操作简单可行。
本发明用于多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法。
附图说明
图1为本发明多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊结构示意图，1为陶瓷基复合材料，2为复合多孔中间层钎料，3为金属材料。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、将陶瓷基复合材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的陶瓷基复合材料，将金属材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的金属材料；
二、将纳米氧化铝模板和钎料混合均匀，得到复合多孔中间层钎料，将表面去除杂质的陶瓷基复合材料与表面去除杂质的金属材料依次叠放，然后将复合多孔中间层钎料置于陶瓷基复合材料与金属材料待焊接面之间，得到待焊件；
所述的纳米氧化铝模板和钎料的质量比为1:(20～200)；
三、将待焊件置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空，然后将真空钎焊炉温度升温至500℃～1000℃，并在温度为500℃～1000℃下保温10min～30min，最后以降温速度为10℃/min将温度由500℃～1000℃冷却至室温，即完成多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊过程。
本实施方式的有益效果是：1、本实施方式采用添加中间层，形成独特的多孔中间层结构，可以降低钎焊后接头存在的残余应力，改善接头的力学性能，有利于提高异种材料的钎焊性能。
2、本实施方式使用的中间层的孔径大小和厚度均可以调控，操作简单可行。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的陶瓷基复合材料为SiC陶瓷、SiO2-BN陶瓷或SiO2陶瓷。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或二之一不同的是：步骤二中所述的纳米氧化铝模板的孔径为20nm～400nm，厚度为20μm～60μm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的纳米氧化铝模板的孔径为20nm，厚度为20μm。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的钎料为AgCuTi钎料、TiNi钎料或AlSiCu钎料。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的钎料为箔片或粉末。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中将真空钎焊炉温度升温至500℃。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中将真空钎焊炉温度升温至800℃。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中将真空钎焊炉温度升温至1000℃。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中所述的钎料为TiNi钎料粉末。其它与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤二中所述的钎料为AgCuTi钎料箔片。其它与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤三中在温度为500℃～1000℃下保温10min。其它与具体实施方式一至十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤三中在温度为500℃～1000℃下保温30min。其它与具体实施方式一至十二相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
本实施例所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、将SiO2-BN陶瓷基复合材料用砂纸打磨并用丙酮清洗15min，得到表面去除杂质的陶瓷基复合材料，将金属Nb用砂纸打磨并用丙酮清洗15min，得到表面去除杂质的金属材料；
二、将纳米氧化铝模板和钎料混合均匀，得到复合多孔中间层钎料，将表面去除杂质的陶瓷基复合材料与表面去除杂质的金属材料依次叠放，然后将复合多孔中间层钎料置于陶瓷基复合材料与金属材料待焊接面之间，得到待焊件；
所述的纳米氧化铝模板和钎料的质量比为1:100；
三、将待焊件置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空，然后将真空钎焊炉温度升温至750℃，并在温度为750℃下保温15min，最后以降温速度为10℃/min将温度由750℃冷却至室温，即完成多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊过程；
所述的纳米氧化铝模板的孔径为400nm，厚度为40μm。
所述的钎料为AgCuTi粉末。
本实施例得到的SiO2-BN陶瓷基复合材料和金属Nb的连接体在室温下的抗剪强度为70MPa。
Claims (9)
1.多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法是按照以下步骤进行的：
一、将陶瓷基复合材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的陶瓷基复合材料，将金属材料用砂纸打磨并用丙酮清洗10min～20min，得到表面去除杂质的金属材料；
二、将纳米氧化铝模板和钎料混合均匀，得到复合多孔中间层钎料，将表面去除杂质的陶瓷基复合材料与表面去除杂质的金属材料依次叠放，然后将复合多孔中间层钎料置于陶瓷基复合材料与金属材料待焊接面之间，得到待焊件；
所述的纳米氧化铝模板和钎料的质量比为1:(20～200)；
三、将待焊件置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空，然后将真空钎焊炉温度升温至500℃～1000℃，并在温度为500℃～1000℃下保温10min～30min，最后以降温速度为10℃/min将温度由500℃～1000℃冷却至室温，即完成多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊过程。
2.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤一中所述的陶瓷基复合材料中的陶瓷为SiC陶瓷、SiO2-BN陶瓷或SiO2陶瓷。
3.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的纳米氧化铝模板的孔径为20nm～400nm，厚度为20μm～60μm。
4.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的纳米氧化铝模板的孔径为20nm，厚度为20μm。
5.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的钎料为AgCuTi钎料、TiNi钎料或AlSiCu钎料。
6.根据权利要求5所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的钎料为箔片或粉末。
7.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤三中将真空钎焊炉温度升温至500℃。
8.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤三中将真空钎焊炉温度升温至800℃。
9.根据权利要求1所述的多孔中间层结构钎缝的异种材料钎焊方法，其特征在于步骤三中将真空钎焊炉温度升温至1000℃。
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