CN105269161B - 用于优化的反应冶金接合的电流排程 - Google Patents

Abstract

公开了用于优化的反应冶金接合的电流排程。一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法涉及使脉动直流电流通过金属工件基底和安置于工件基底的面对的贴合表面之间的反应材料。电流包括多个电流脉冲，在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加。

Description

用于优化的反应冶金接合的电流排程

相关申请的交叉引用

此申请要求2014年7月8日提交的美国临时申请号62/021,762的权益。该临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开的技术领域一般涉及金属工件基底的反应冶金接合，并且更具体来说，涉及用于使电流通过金属工件基底和安置于基底之间的反应材料的排程。

背景技术

反应冶金接合是其中将反应材料加热并且压紧在两个金属工件基底之间以促进基底之间的冶金接缝的形成的过程。具体来说，将反应材料制定为具有低于被接合的两个金属工件基底的最低固相线温度的液相线温度，并且额外地，在安置于工件基底的相对的贴合表面之间并且被加热到高于其固相线温度时与那些表面反应。在被加热到高于至少其固相线温度（并且如果需要则预先地）之后，对工件基底施加压紧力，该力使得反应材料（包括任何反应副产物）沿工件基底的贴合表面挤压并横向地展开。贴合表面此时接合在一起从而建立主要由基础工件材料构成的低电阻固态冶金接缝，因为所施加的压紧基本上将反应材料从接缝排出。

反应材料的反应使得在无需熔化金属工件基底的情况下实现联合。事实上，在反应冶金接合期间，反应材料在被加热到高于其固相线温度时形成移动的液相，同时通常避免面对的工件基底的熔化。此液相分解存在于贴合的金属工件表面上的表面膜和材料（诸如氧化膜）从而暴露贴合表面的清洁部分，并且也可以局部地溶解每个贴合表面的表层以使得它们暂时更易于联合。施加到金属工件基底的压紧力除了排出反应材料和任何反应副产物之外，最终使得相对的贴合表面的清洁的部分在压力下直接接触。最终在相对的贴合表面的接触联合部分之间产生固态冶金接缝。仍存在于贴合表面上的反应材料的任何残留的剩余量简单地再次固化，而不会严重影响接缝性质。

通过反应冶金接合来接合金属工件基底所需的热量输入与其他接合技术（特别是诸如MIG焊接、TIG焊接、激光焊接以及电阻点焊）相比而言相对低。与意欲产生足以开始基础金属的熔化的热量的那些和其他焊接过程不同，反应冶金接合可以在无需产生这些热量的情况下直接在金属工件基底之间获得固态接缝。如先前所解释，反应冶金接合仅输入足以开始反应材料的熔化的热量，反应材料又与工件基底贴合表面反应以在比工件基底中的任一个将开始熔化的温度低的温度下开始联合。因此，当热敏材料位于紧密靠近要接合的金属工件基底时，反应冶金接合的使用是一个有吸引力的选择。

反应冶金接合过程可以用多种方式来执行。一种常见的方法使用一对相对的电极来将反应材料电阻地加热到高于其固相线温度并且压紧金属工件基底。具体来说，与电源连通的相对的电极将按压力施加到彼此对准的工件基底的相对面对的表面上。操作相对的电极以使电流通过工件基底并且横跨存在反应材料的其贴合接面。对通过反应材料和横跨贴合接面的电流的流动的阻力产生热量。此热量可以被控制在满足至少以下两个条件的区间内：（1）热量足以开始反应材料的熔化；以及（2）热量不会过高而使得金属工件基底本身开始熔化。相对的电极还可以供应在工件贴合表面的接触联合部分之间产生固态冶金接缝所需的压紧力。

发明内容

披露一种实践反应冶金接合的方法，其中根据可以由可控电源执行的电流排程来使电流通过工件基底并且横跨存在反应材料的贴合界面。所使用的电流排程要求在所施加的电流水平中总体增加的电流脉冲；也就是说，多个电流脉冲的至少75%的最大获得的电流水平包含在根据从电流流动开始到电流流动停止的时间而增加的安培数波段内。此电流排程有助于最大化接缝强度、最小化交换电流的电极的黏着并且最小化在金属工件基底之间的固态冶金接缝的形成期间的过量热量输入。

本发明包括以下方案：

1. 一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

提供第一金属工件基底和第二金属工件基底，第一和第二金属工件基底以重叠方式堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一金属工件基底的贴合表面与第二金属工件基底的贴合表面之间在接合位置处安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使脉动直流电流通过反应材料以电阻地加热反应材料，并且使得反应材料至少部分地熔化成接触第一金属工件基底的贴合表面和第二金属工件基底的贴合表面的熔化的反应材料，第一金属工件基底和第二金属工件基底在脉动直流电流的通过期间都不被熔化；以及

在熔化的反应材料存在于第一和第二金属工件基底的贴合表面之间时，将第一和第二金属工件基底按压在一起，脉动直流电流的通过和将第一和第二金属工件基底按压在一起导致在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间形成固态冶金接缝。

2. 如方案1所述的方法，其中第一金属工件基底由铜或铜合金组成，并且其中第二金属工件基底由铜或铜合金组成。

3. 如方案2所述的方法，其中反应材料是自熔性基于铜的反应材料合金。

4. 如方案3所述的方法，其中反应材料包括Cu-Ag-P反应材料合金。

5. 如方案1所述的方法，其中将第一和第二金属工件基底按压在一起的步骤包括：

使第一金属工件基底与第一电极接触并且使第二金属工件基底与第二电极接触，第一和第二电极在接合位置处彼此轴向地面对地对准；以及

通过第一电极和第二电极分别在第一金属工件基底和第二金属工件基底上的压力的施加，对第一和第二金属工件基底施加压紧力。

6. 如方案1所述的方法，其中脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段。

7. 如方案6所述的方法，其中最大获得的电流水平的100%包含在安培数波段内。

8. 如方案7所述的方法，其中多个电流脉冲中的每一个具有开始电流水平和结束电流水平，并且其中每个电流脉冲的开始电流水平和结束电流水平低于安培数波段。

9. 如方案6所述的方法，其中多个电流脉冲中的每一个具有振幅，并且多个电流脉冲的振幅随时间总体增加。

10. 一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

将第一金属工件基底和第二金属工件基底堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使脉动直流电流通过反应材料以将反应材料电阻地加热到高于反应材料的固相线温度但低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的温度，脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段；以及

至少在脉动直流电流的通过期间将第一和第二金属工件基底按压在一起，以在第一金属工件基底的贴合表面与第二金属工件基底的贴合表面之间形成固态冶金接缝。

11. 如方案10所述的方法，其中第一金属工件基底由铜或铜合金组成，并且其中第二金属工件基底由铜或铜合金组成。

12. 如方案11所述的方法，其中反应材料包括Cu-Ag-P反应材料合金。

13. 如方案10所述的方法，其中将第一和第二金属工件基底按压在一起的步骤包括：

使第一金属工件基底与第一电极接触并且使第二金属工件基底与第二电极接触，第一和第二电极在接合位置处彼此轴向地面对地对准；以及

通过第一电极和第二电极分别在第一金属工件基底和第二金属工件基底上的压力的施加，对第一和第二金属工件基底施加压紧力。

14. 如方案10所述的方法，其中最大获得的电流水平的100%包含在安培数波段内。

15. 如方案10所述的方法，其中多个电流脉冲中的每一个具有振幅，并且多个电流脉冲的振幅随时间总体增加。

16. 一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

将第一金属工件基底和第二金属工件基底堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使第一金属工件基底与第一电极接触并且使第二金属工件基底与第二电极接触，第一和第二电极在接合位置处彼此轴向地面对地对准；

通过第一电极和第二电极分别在第一金属工件基底和第二金属工件基底上的压力的施加，对第一和第二金属工件基底施加压紧力；以及

使脉动直流电流通过第一和第二电极之间并且通过反应材料以电阻地加热反应材料，由此使得反应材料熔化而不熔化第一和第二金属工件基底，脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段。

17. 如方案16所述的方法，其中第一金属工件基底由铜或铜合金组成，其中第二金属工件基底由铜或铜合金组成，并且其中反应材料是自熔性基于铜的反应材料合金。

18. 如方案17所述的方法，其中反应材料包括Cu-Ag-P反应材料合金，其含有基于重量百分比的70%–95%的铜、2%–20%的银和3%–8%的磷。

19. 如方案16所述的方法，其中最大获得的电流水平的100%包含在安培数波段内。

20. 如方案16所述的方法，其中多个电流脉冲中的每一个具有振幅，并且多个电流脉冲的振幅随时间总体增加。

附图说明

图1是以面对关系堆叠以准备反应冶金接合的一对金属工件基底的示意性截面图；

图2是响应于通过的电流而在一对面对的金属工件基底之间熔化的反应材料的示意性截面图；

图3是由已经通过反应冶金接合建立的固态冶金接缝接合的一对金属工件基底的示意性截面图；

图4是包括在所施加的电流水平中总体增加的电流脉冲的示例性电流排程的图解描绘；

图5示出图4中的每个电流脉冲的振幅；

图6是伴随图4中描绘的电流排程的电压的图解描绘；以及

图7是伴随图4中描绘的电流排程的电阻的图解描绘。

具体实施方式

图1至7中示出通过特定电流排程来实践反应冶金接合的方法。更具体来说，有时在接合一对铜工件基底的上下文中描述该方法。这些基底的实例包括电动机定子的相位导前突片和行跳线。所披露的反应冶金接合方法当然可以用于其他类型的金属工件基底，包括铜合金，包括96重量百分比或更大重量百分比的Cu和0-4重量百分比的其他合金元素，诸如Cd、Cr、Zr、Mg、Fe、P、Be、Co、S、Te和Pb中的一个或多个。另外，所披露的方法可以用来接合非基于铜的金属工件基底，其实例包括钢和铝合金。技术人员将知道和了解如何定制反应冶金接合过程，特别是安置于金属基底之间并且与其反应的反应材料的合成物，以使得可以有效地使用本文描述的电流排程。

图1通常描述准备由反应冶金接合来接合的两个面对的金属工件基底。如图所示，第一金属工件基底10和第二金属工件基底12以重叠的方式堆叠。第一金属工件基底10包括贴合表面14和外部表面16，并且同样地，第二金属工件基底12包括贴合表面18和外部表面20。两个贴合表面14、18彼此面对并且在接合位置22处通过反应材料24分开，而两个外部表面16、20沿相反的方向彼此背离。第一金属工件基底10和第二金属工件基底12可以由易于反应冶金接合的任何适合的金属制成。这些材料包括例如（1）具有大于99.9重量百分比的Cu的铜；（2）具有大于96重量百分比的Cu和0-4重量百分比的其他合金元素（诸如Cd、Cr、Zr、Mg、Fe、P、Be、Co、S、Te和Pb中的一种或多种）的铜合金；（3）钢；以及（4）铝合金。此外，第一金属工件基底10和第二金属工件基底12优选地由相同的金属合成物组成，但是它们并不必需如此。

反应材料24与第一金属工件基底10和第二金属工件基底12的贴合表面14、18的每一个进行接触。反应材料24被制定为具有低于被接合的两个金属工件基底10、12的最低固相线温度的液相线温度，并且额外地，在被加热到高于其固相线温度时与工件基底10、12的相对的贴合表面14、18反应，从而使得相对的贴合表面14、18可以形成固态冶金接缝。因此，反应材料24的确切合成物取决于被接合的金属工件基底10、12的合成物。例如，当第一和第二金属工件基底由铜（约1084℃的熔化温度）或铜合金组成时，反应材料24可以是基于铜的反应材料合金，诸如Cu-Ag-P合金，其含有基于重量百分比70%–95%的铜、2%–20%的银和3%–8%的磷。适合的Cu-Ag-P反应材料合金通常具有在约640℃–650℃的范围内的固相线温度和在约640℃–820℃的范围内的液相线温度。在一个特定实施例中，Cu-Ag-P反应材料合金可以含有基于重量百分比80%的铜、15%的银和5%的磷，其提供具有约644℃的固相线温度和约805℃的液相线温度的合金。

介入的反应材料24的结构并不限于任何特定构造。例如，在一个实施例中，反应材料24可以是预成型的带或箔。在此情形下，在反应冶金接合过程开始时，可以从自动或手动送料机将所需反应材料合成物的带或箔放置在第一金属工件基底10与第二金属工件基底12之间，或者替代地，其可以仅通过手动工具（诸如一副钳子）来定位在适当位置。反应材料24也可以是一个或多个预放置的铜焊沉积物。在此情况下，可以将所需反应材料合成物包装到消耗型电焊条中，并且沉积在工件基底贴合表面14、18中的一个或两个上，例如通过如共同拥有的美国专利申请号14/789,134中所披露的振荡焊丝电弧焊，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

图1中还示意性地示出可以执行反应冶金接合过程的装置26。装置26包括第一电极28、第二电极30、电源32以及控制器34。第一电极28和第二电极30被放置成分别与第一金属工件基底10和第二金属工件基底12的外部表面16、20直接接触或间接接触（即，通过中间构件接触），并且在接合位置22处对那些表面16、20中的每一个施加压力。电极28、30由导电材料构成，诸如铜合金，包括例如含有约0.10重量百分比至约0.10重量百分比的锆和平衡铜的锆铜合金（ZrCu）。虽然图1中未具体示出，但是第一电极28和第二电极30可以安装在相对的焊枪臂上，所述焊枪臂被构造成将电极28、30以彼此轴向面对对准的方式夹持和按压到其各自的工件基底外部表面16、20上。

电源32与第一电极28和第二电极30电气通信，并且供应用于在电极28、30之间交换的直流电流。在此，电源32将受控电压施加到第一电极28和第二电极30，以提供根据指定的电流排程在两个电极28、30之间并且横跨堆叠起来的第一金属工件基底10与第二金属工件基底12并且通过介入的反应材料24的脉动直流电流。电源32优选地是中频直流（MFDC）逆变电源。MFDC逆变电源通常包括逆变器和MFDC变压器。逆变器接收三相主交流电流（在美国是480V、60Hz）。主交流电流首先被整流并且随后被逆变以产生较高电压的单相输入交流电流（通常是方波交流电流），所述单相输入交流电流被馈送到变压器，在大部分应用中变压器是1000 Hz的。变压器随后将输入交流电压“逐步减低”以产生较低电压、较高安培数的交流电流，该交流电流随后被馈送到整流器，在整流器处，一些半导体二极管将所供应的交流电流转换为适用于本发明的接合过程的低脉动直流电流。MFDC逆变电源可以从若干供应商购得，包括罗马制造（公司总部在大急流域，MI）、ARO焊接技术（美国总部在切斯特菲尔德小镇，MI）以及博世力士乐（美国总部在夏洛特，NC）。

控制器34与电源32接口连接，并且被编程以开始和控制在第一电极28与第二电极30之间交换的脉动直流电流。具体来说，控制器34与MFDC变压器接口连接，并且允许用户输入电流排程，该电流排程设置和管理在反应冶金接合事件的过程中传递到电极28、30的直流电流的某些属性。电流排程允许尤其在任何给定的时间对电流水平和在任何给定的电流水平下对电流流动持续时间的定制的控制，并且进一步允许电流的这些属性响应1 ms或1ms的几分之几的非常小时间增量的改变。以此方式，控制器34指示电源32将直流脉动电流传递到电极28、30并且传递到电极28、30之间并且通过金属工件材料10、12的主要部分和位于接合位置22内的贴合界面38处的反应材料24。

参照图1至7示出并描述一种通过反应冶金接合来在第一金属工件基底10和第二金属工件基底12之间建立冶金接缝的方法。如图1中所示，首先，优选地使第一电极28与第一金属工件基底10的外部表面16直接接触，并且优选地使第.二电极30与第二金属工件基底12的外部表面20直接接触。两个电极28、30对其各自接合的外部表面16、20（电极28、30中的一个或两个可由焊枪臂机械地移动）施加压力以在接合位置22处在基底10、12上产生压紧力。随后在电极28、30之间并且横跨金属工件基底10、12的贴合表面14、18交换从电源32传递的直流电流。此电流通过位于贴合表面14、18之间的反应材料24，并且如下文进一步论述，此电流是由在施加的电流水平中总体增加并且可选地以振幅总体增加的电流脉冲组成。

因为反应材料24与两个金属工件基底10、12相比是更加热阻性和电阻性的，并且因为电极28、30由于本身是水冷式的而能够吸取和吸收热量，所以通过的电流产生主要被限制在反应材料24内的热量。这些由控制器34管理的局部的热量产生将反应材料24加热到高于其固相线温度，并且如果需要甚至到高于其液相线温度，同时保持反应材料24的温度低于第一金属工件基底10和第二金属工件基底12的固相线温度（或者如果金属的固相线温度和液相线温度相同则低于熔点）。因此，如图2中所示，反应材料24部分地或完全熔化成熔化的反应材料36。另外，虽然反应材料24在局部电阻加热的影响下熔化，但是第一金属工件基底10和第二金属工件基底12并不熔化，即使在其贴合表面14、18处也是如此。

在被熔化时，熔化的反应材料36与第一金属工件基底10和第二金属工件基底12的贴合表面14、18反应，并且使其适于联合。此反应通常涉及分解表面膜和材料从而暴露贴合表面14、18的清洁部分，并且额外地而非必须地，局部地溶解贴合表面14、18中的一个或两个的表层。反应材料24甚至可以是自熔性的，如在以上提及的Cu-Ag-P反应材料合金合成物的情况下（主要是由于其磷成分），这有助于通过熔融掉表面氧化物并且保护接合位置22周围的区域免受大气氧污染来进一步促进联合。

在反应材料24被充分地熔化之后可以停止电极28、30之间交换的电流，同时继续由电极28、30施加到工件基底10、12的压力。电极28、30所施加的压紧力又压紧第一金属工件基底10和第二金属工件基底12，并且沿工件基底10、12的贴合表面38将熔化的反应材料36与可能产生的任何反应副产物横向地挤压在一起。最后，如图3中所描绘，第一金属工件基底10和第二金属工件基底12的贴合表面14、18进行接触并且开始在压力下联合。在从贴合表面38排出熔化的反应材料36之后不久，贴合表面14、18的接触联合部分变得接合，从而在金属工件基底10、12之间建立固态冶金接缝40。此接缝40主要由从第一金属工件基底10和第二金属工件基底12本身获得的金属组成，从而使得其结构合理并且最小破坏性，同时从贴合表面38排出的熔化的反应材料36可以积聚并硬化成金属工件基底10、12外部上的剩余熔核42。

如以上所提及，在反应冶金接合过程期间在第一电极28与第二电极30之间交换的电流是脉动电流。此脉动电流的代表性图解描绘在图4中示出并且由参考数字44表示。电流44包括多个电流脉冲46。每个电流脉冲46包括从开始电流水平50升高的电流斜升柱48、最大获得的电流水平52以及下降到结束电流水平56的电流减弱柱54。如图所示，一个电流脉冲46的结束电流水平56和下一个随后的电流脉冲46的开始电流水平50可以相同，或者它们可以不同。此外，电流斜升柱48和电流减弱柱54不必在最大获得的电流水平52处汇合，因为如在此所示，脉冲46的电流水平可在电流斜升柱48之后和电流减弱柱54之前的约2 ms至10ms的周期内波动。最大获得的电流水平52可以在瞬间电流水平波动的此周期期间的任何点实现，包括在电流斜升柱48结束时、在电流减弱柱54开始时或者在其之间的任何点。

在所施加的电流水平中电流脉冲46总体增加。这在电流脉冲46的最大获得的电流水平52的至少75%、并且优选地100%包含在根据从电流流动开始到电流流动停止的时间增加的安培数波段58内时发生。安培数波段58由安培数下限60和安培数上限62限定。安培数极限60、62具有正线性斜率。它们还彼此平行，从而使得垂直于安培数下限60和安培数上限62获得的安培数带宽64范围在约2 kA至约6 kA。另外，虽然未要求，但是每个电流脉冲46的开始电流水平50和结束电流水平56可以位于安培数波段58下方，这意味着每个电流脉冲46的电流斜升柱48和电流减弱柱54分别在电流水平斜升周期和电流水平减弱周期期间交叉。

在一个特定实例中，如图4中所描绘，安培数下限60由方程0.05(t) + 3指示（以千安培（kA）为单位）并且安培数上限62由方程0.05(t) + 8指示（以千安培（kA）为单位），其中(t)表示在x轴上追踪的以毫秒（ms）为单位的时间。因此，安培数下限60和安培数上限62具有每100 ms 5 kA的正斜率，并且提供具有从电流流动开始（0 ms）到电流流动停止（约318ms）的约4.5 kA的恒定值的带宽64。此外，如图4中可以看出，每个电流脉冲46的最大获得的电流水平52（即，电流脉冲46的100%）位于安培数波段58内。事实上，每个电流脉冲46的电流斜升柱48与安培数下限60交叉并且在其上方终止，并且同样地，每个电流脉冲46的电流减弱柱54与安培数下限60交叉并且在其下方终止。此外，每个电流脉冲46的开始电流水平50和结束电流水平56位于安培数波段58下方，然而如之前所指示并不必如此。

电流脉冲46还随时间经历振幅的总体增加。现在参照图5，图5描述与图4相同的脉动电流44，每个电流脉冲46的开始电流水平50与最大获得的电流水平52之间的差异建立用于该特定电流脉冲46的振幅66。当符合以下条件时，认为电流脉冲46的振幅66随时间总体增加：（1）电流44的电流脉冲46被分为以第一电流脉冲开始并且以完成五个脉冲方块的最后一个电流脉冲结束的五个连续脉冲46的方块；（2）使用每个方块中的电流脉冲46中每一个的振幅66计算用于那个方块的平均振幅；以及（3）用于每个方块的平均振幅在沿x轴（以ms为单位的时间）移动时增加，其中时间从电流流动开始增加。图5中在此列出包括在电流44中的每个电流脉冲46的振幅66。这里，可以看出电流脉冲46经历振幅的总体增加，因为电流脉冲46的五个脉冲方块具有增加的6.8 kA（脉冲1至5）、9.4 kA（脉冲6至10）、11.1 kA（脉冲11至15）、12.6 kA（脉冲16至20）、14.2 kA（脉冲21至25）以及15.7 kA（脉冲26至30）的平均振幅。

并不受理论限制，现在相信脉动电流流动以至少两种方式有助于金属工件基底10、12之间的更强且更加结构合理的冶金接缝40。首先，电流脉冲46有助于在更可控的速率下熔化反应材料24。这为金属工件基底10、12提供时间来塌陷到彼此之上以维持电流流动并且避免横跨仍分开的贴合表面14、18获得的电位差产生不良电弧的情况。换句话说，最初的低电流脉冲46温暖合金并且允许一些压紧，从而使得贴合表面14、18之间的间隙开始靠近，从而导致电阻的减少，其中反应材料24的熔化最终在比施加恒定安培数和短持续时间的电流的情况低的施加电流水平下开始。作为对此理论的支持，图6至7图解地示出根据时间，对于图4中示出的脉动电流44而言观察到的电压和电阻值。其次，认为伴随每个电流脉冲46的电流水平的增加和减少引起熔化的反应材料36中的热膨胀和收缩循环，这促进在熔化的反应材料36与金属工件基底10、12的贴合表面14、18的界面处的反应。

优选示例性实施例和具体实例的以上描述实质上仅是说明性的；它们并不意欲限制以下权利要求的范围。随附权利要求中使用的每个术语应被提供其普通且习惯意义，除非说明书中另有明确且明白地陈述。

Claims (10)

1.一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

提供第一金属工件基底和第二金属工件基底，第一和第二金属工件基底以重叠方式堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一金属工件基底的贴合表面与第二金属工件基底的贴合表面之间在接合位置处安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使脉动直流电流通过反应材料以电阻地加热反应材料，并且使得反应材料至少部分地熔化成接触第一金属工件基底的贴合表面和第二金属工件基底的贴合表面的熔化的反应材料，第一金属工件基底和第二金属工件基底在脉动直流电流的通过期间都不被熔化；以及

在熔化的反应材料存在于第一和第二金属工件基底的贴合表面之间时，将第一和第二金属工件基底按压在一起，脉动直流电流的通过和将第一和第二金属工件基底按压在一起导致从贴合表面排出熔化的反应材料并且在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间形成固态冶金接缝。

2.如权利要求1所述的方法，其中第一金属工件基底由铜或铜合金组成，并且其中第二金属工件基底由铜或铜合金组成。

3.如权利要求2所述的方法，其中反应材料是自熔性基于铜的反应材料合金。

4.如权利要求3所述的方法，其中反应材料包括Cu-Ag-P反应材料合金。

5.如权利要求1所述的方法，其中将第一和第二金属工件基底按压在一起的步骤包括：

使第一金属工件基底与第一电极接触并且使第二金属工件基底与第二电极接触，第一和第二电极在接合位置处彼此轴向地面对地对准；以及

通过第一电极和第二电极分别在第一金属工件基底和第二金属工件基底上的压力的施加，对第一和第二金属工件基底施加压紧力。

6.如权利要求1所述的方法，其中脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段。

7.如权利要求6所述的方法，其中最大获得的电流水平的100%包含在安培数波段内。

8.如权利要求7所述的方法，其中多个电流脉冲中的每一个具有开始电流水平和结束电流水平，并且其中每个电流脉冲的开始电流水平和结束电流水平低于安培数波段。

9.一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

将第一金属工件基底和第二金属工件基底堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使脉动直流电流通过反应材料以将反应材料电阻地加热到高于反应材料的固相线温度但低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的温度，脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段；以及

至少在脉动直流电流的通过期间将第一和第二金属工件基底按压在一起，以在第一金属工件基底的贴合表面与第二金属工件基底的贴合表面之间形成固态冶金接缝。

10.一种通过反应冶金接合来接合第一金属工件基底和第二金属工件基底的方法，所述方法包括：

将第一金属工件基底和第二金属工件基底堆叠以使得第一金属工件基底的贴合表面面对第二金属工件基底的贴合表面，并且其中在第一和第二金属工件基底的贴合表面之间安置反应材料，反应材料具有低于第一金属工件基底的固相线温度和第二金属工件基底的固相线温度的液相线温度；

使第一金属工件基底与第一电极接触并且使第二金属工件基底与第二电极接触，第一和第二电极在接合位置处彼此轴向地面对地对准；

通过第一电极和第二电极分别在第一金属工件基底和第二金属工件基底上的压力的施加，对第一和第二金属工件基底施加压紧力；以及

使脉动直流电流通过第一和第二电极之间并且通过反应材料以电阻地加热反应材料，由此使得反应材料熔化而不熔化第一和第二金属工件基底，脉动直流电流包括多个电流脉冲，多个电流脉冲中的每一个具有最大获得的电流水平，并且其中在施加的电流水平中多个电流脉冲总体增加，以使得最大获得的电流水平的至少75%包含在由安培数上限和安培数下限限定的安培数波段内，安培数上限和安培数下限具有正线性斜率并且彼此平行以提供具有2 kA与6 kA之间的带宽的安培数波段。