CN105555452A - 接合金属部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使第一金属部件(11)与第二金属部件(12)接合的方法，所述金属部件(11,12)具有高于1000℃的固相线温度。所述方法包括：在第一金属部件(11)的表面(15)上施加熔融抑制组合物(14)，该熔融抑制组合物(14)包括包含磷和硅的用于降低第一金属部件(11)熔融温度的熔融抑制组分；使第二金属部件(12)与熔融抑制组合物(14)在接触点(16)在所述表面(15)上接触；将第一金属部件和第二金属部件(11,12)加热到高于1000℃的温度；并且使第一金属组件(11)的熔融金属层(210)固化，以在接触点(16)得到接合部(25)。本发明还描述熔融抑制组合物和相关产品。

Description

接合金属部件的方法
技术领域
本发明涉及用熔融抑制组合物使第一金属部件与第二金属部件接合的方法。本发明还涉及熔融抑制组合物和包括经接合金属部件的产品。
背景技术
现今有不同的接合方法用于接合由金属元素制成的金属部件(金属物体或金属工件)，该金属元素包括不同单质金属和不同金属合金。所述金属部件由于制成它们的金属元素或合金而具有至少1000℃熔融温度，这意味金属部件不能由例如纯铝或不同铝基合金制成。可制成金属部件的金属的一些实例一般为铁基、镍基和钴基合金。
接合此类金属部件的一种一般方法是熔焊，这是其中使具有或不具有另外材料的金属部件中的金属熔融，即，通过熔融和随后再固化形成熔铸产品的方法。
另一种接合方法是钎焊，这是其中首先在要接合的两个金属部件至少之一上施加填焊金属，然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布的金属接合方法。一般通过适合气氛在保护下使填焊金属高于其熔融温度。填焊金属在金属部件上朝向其中形成接合部的接触点流动。
一般在钎焊时施加填焊金属与要接合的金属部件之间的间隙或空隙接触。在加热过程期间，填焊金属熔融，并填充要接合的间隙。在钎焊过程中有三个主要阶段，其中第一阶段被称为物理阶段。物理阶段包括填焊金属的湿润和流动。第二阶段一般在特定接合温度进行。在此阶段，有伴随显著传质的固体-液体相互作用。在此阶段，紧邻液体填焊金属的小体积金属部件溶解，或与填焊金属反应。同时，来自液相的少量元素渗入固体金属部件。接合部面积中组分的这种再分布导致填焊金属组成变化，有时填焊金属开始固化。最后阶段与第二阶段重叠，其特征是形成最终接合部微结构和在固化和冷却接合部期间的进程。邻接液体填焊金属的金属部件体积很小，即，接合部在最大程度上由填焊金属形成。在钎焊时，一般接合部中至少95%金属来自填焊金属。
接合两个金属部件(母材料)的另一种方法是瞬时液相扩散焊接(TLP焊接)，其中在来自中间层的熔融抑制元素在焊接温度移入金属部件的晶格和晶粒间界时发生扩散。然后，固态扩散过程使焊接界面的组成变化，且不同的中间层在比母材料更低的温度熔融。因此，液体薄层沿界面铺展，以在比任一个金属部件熔点更低的温度形成接合部。焊接温度降低导致熔融物固化，随后，通过保持焊接温度一段时间，可使该相扩散开，进入金属部件。
接合方法，例如熔焊、钎焊和TLP焊接，成功接合金属部件。然而，熔焊有其限制，因为可能很昂贵，或甚至在难以进入时不可能产生大量接合部。钎焊也有其限制，例如在于可能难以适当施加或甚至决定最适合的填焊金属。TLP焊接在接合不同材料时有利，但也有其限制。例如，经常难以发现适合的中间层，且在要填充大间隙或要形成相对大的接合部时，该方法确实不适合产生接合部。
因此，在选择特定接合方法时涉及很多因素。也至关紧要的因素是接合金属部件的接合部的成本、生产率、安全性、过程速度和性质及接合后金属部件本身的性质。即使前述方法有它们的优点，但仍需要用一种接合方法作为目前方法的补充，特别是如果考虑例如成本、生产率、安全和过程速度等因素。
发明概述
本发明的一个目的是改进以上技术和现有技术。具体地讲，一个目的是提供一种以简单和可靠方式接合金属部件(金属工件，即，由金属制成的工件或物体)同时仍在金属部件之间产生强接合部的方法。
为了达到这些目的，本发明提供使第一金属部件与第二金属部件接合的方法。该方法用于具有高于1000℃固相线温度的金属部件。该方法包括：
在第一金属部件的表面上施加熔融抑制组合物，该熔融抑制组合物包括包含磷和硅的用于降低第一金属部件熔点温度的熔融抑制组分，和用于促进在表面上施加熔融抑制组合物的任选粘合剂组分；
使第二金属部件与熔融抑制组合物在接触点在所述表面上接触；
将第一金属部件和第二金属部件加热到高于1000℃的温度，从而第一金属部件的所述表面熔融，使得第一金属部件的表面层熔融，并与熔融抑制组分一起形成与第二金属部件在接触点接触的熔融(熔化)金属层；并且
使熔融金属层固化，以在接触点得到接合部，该接合部包含至少50%重量金属，所述金属在加热前为任何第一金属部件和第二金属部件的一部分。
在一个实施方案中，接合部包含至少85%重量金属，所述金属在加热前为任何第一金属部件和第二金属部件的一部分。这通过使金属部件的金属流到接触点并形成接合部而实现。以此方式形成的接合部非常不同于由钎焊形成的接合部，因为一般地，这些接合部包含至少90%重量金属，所述金属在钎焊前为用于形成接合部的钎焊物质的填焊金属的一部分。
在一个实施方案中，熔融抑制组分包含至少8%重量磷，在另一个实施方案中，熔融抑制组分包含至少14%重量磷。熔融抑制组合物也可称为熔点抑制组合物。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，因为它们一般具有高于1000℃的固相线温度。金属部件可以不是没有高于1000℃的固相线温度的纯铝或铝基合金。金属部件中的金属或甚至金属部件本身可称为“母金属”或“母材料”。在该情形下，“铁基”合金为其中铁在合金中具有所有元素最大重量百分数(%重量)的合金。相应情况也适用于镍基、钴基、铬基和铝基合金。
如前所示，熔融抑制组合物包含至少一种为熔融抑制组分的组分。任选熔融抑制组合物包含粘合剂组分。促使降低至少第一金属部件熔融温度的熔融抑制组合物的所有物质或部分被认为是熔融抑制组分的部分。不涉及降低至少第一金属部件熔融温度而是“粘合”熔融抑制组合物使得其形成例如糊、漆或浆料的熔融抑制组合物的部分被认为是粘合剂组分的部分。当然，熔融抑制组分可包括其它组分，例如少量填焊金属。然而，这些填焊金属可代表不大于熔融抑制组分的75%重量，因为熔融抑制组分的至少25%重量包括磷和硅。如果在熔融抑制组合物中包括填焊金属，则其总是熔融抑制组分的部分。
在该情形下，“磷和硅”指熔融抑制组分中磷和硅的总和，以%重量计算。在此，%重量指由质量分数乘以100确定的重量百分数。已知组分中物质的质量分数为那种物质的质量浓度(组分中那种物质的密度)与该组分密度之比。因此，例如，至少25%重量磷和硅指在100g熔融抑制组分样品中磷和硅的总重量为至少25g。显而易见，如果在熔融抑制组合物中包含粘合剂组分，则熔融抑制组合物中磷和硅的%重量可小于25%重量。然而，至少25%重量磷和硅总是存在于熔融抑制组分中，如前所示，该组分也包括可包括的任何填焊金属，即，填焊金属总视为熔融抑制组合物的部分。
“磷”包括熔融抑制组分中的所有磷，包括单质磷和磷化合物中的磷。相应地，“硅”包括熔融抑制组分中的所有硅，包括单质硅和硅化合物中的硅。因此，在熔融抑制组分中，磷和硅二者均可由不同磷和硅化合物中的磷和硅表示。
显然，熔融抑制组合物非常不同于常规钎焊物质，因为它们具有相对于熔融抑制物质(例如磷和硅)多得多的填焊金属。一般钎焊物质具有小于18%重量磷和硅。
方法的有利之处在于，填焊金属可减少或甚至排除，并且可应用于由不同材料制成的金属部件。它也可用于宽范围应用内，例如用于接合原本由例如熔焊或常规钎焊接合的传热板或任何适合金属物体。
当然，熔融抑制组合物也可施加到第二金属部件上。
磷可源于任何单质磷和选自至少任何以下化合物的磷化合物的磷：磷化锰、磷化铁和磷化镍。硅可源于任何单质硅和选自至少任何以下化合物的硅化合物的硅：碳化硅、硼化硅和硅铁。
熔融抑制组分可包含任何至少25%重量、至少35%重量和至少55%重量磷和硅。这意味，如果存在任何填焊金属，则相应以小于75%重量、小于65%重量、小于45%重量存在。
磷可组成熔融抑制化合物的磷和硅含量的至少10%重量。这意味在熔融抑制组分包含至少25%重量磷和硅时，熔融抑制组分包含至少2.5%重量磷。硅可组成熔融抑制化合物的磷和硅含量的至少55%重量。
熔融抑制组分可包含小于50%重量金属元素，或小于10%重量金属元素。这些金属元素相当于以上讨论的“填焊金属”。这些少量金属元素或填焊金属使熔融抑制组合物完全区别于例如已知的钎焊组合物，因为它们包含至少60%重量金属元素。在此，“金属元素”包括作为周期表d区中元素的例如所有过渡金属，包括周期表上的第3至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”的元素为稀有气体、卤素和以下元素：硼(B)、碳(C)、硅(Si)、氮(N)、磷(P)、砷(As)、氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Tu)。例如，应注意到，如果磷来自磷化锰化合物，则该化合物的锰部分为在金属元素中包括的金属元素，在一个实施方案中，金属元素应小于50%重量，在其它实施方案中，小于10%重量。
第一金属部件可包括0.3-0.6mm厚度，则施加熔融抑制组合物可包括在第一金属部件的表面上施加平均0.02-1.00mg磷和硅/mm2。在第一金属部件的表面上施加平均0.02-1.00mg磷和硅/mm2包括通过例如对第二金属部件的任何间接施加例如磷和硅，磷和硅从第二金属部件转移到第一金属部件。因此，在本文中所指的磷和硅不一定已直接施加到第一金属部件上，只要其仍促使第一金属部件的表面层熔融。
第一金属部件可包括0.6-1.0mm厚度，则施加熔融抑制组合物可包括在第一金属部件的表面上施加平均0.02-1.0mg磷和硅/mm2。与前面一样，施加也包括通过第二金属部件间接“施加”。
第一金属部件可包括大于1.0mm厚度，则施加熔融抑制组合物可包括在第一金属部件的表面上施加平均0.02-5.0mg磷和硅/mm2。
表面可具有大于所述表面部分上接触点所限定面积的面积，使得在使接合部形成时，熔融金属层中的金属流到接触点。这种流一般由毛细管作用产生。
表面面积可为接触点所限定面积的至少3倍大。表面面积可更大(或者，接触点相对较小)，例如，为接触点所限定面积的至少10、20或30倍大。该表面面积是指熔融金属由此流动形成接合部的表面面积。
该表面面积可为接合部横截面面积的至少3倍或至少10倍大。表面面积可甚至更大(或者，接合部的横截面面积相对较小)，例如，为接触点限定面积的至少6倍或10倍大。接合部的横截面面积可定义为接合部跨平行于接触点所处表面(在该位置接合部具有最小扩展(横截面面积))的平面具有的横截面面积。
任何第一金属部件和第二金属部件可包括多个突出，这些突出朝向其它金属部件延伸，使得在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。当金属部件具有堆叠并接合形成热交换器的波纹板时是这种情况。
第一金属部件可包含任何：
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。
以上意味着，第一金属部件和第二金属部件可由很多不同合金制成。显然，以上实例与其它金属或元素平衡，这在工业内是普遍的。
根据另一个方面，本发明提供一种产品，该产品包括通过接合部与第二金属部件接合的第一金属部件。金属部件具有高于1000℃的固相线温度，接合部包含至少50%重量金属元素，所述金属元素已从围绕接合部的面积引出且该面积为任何第一金属部件和第二金属部件的一部分。
根据另一个方面，本发明提供一种产品，该产品包括根据以上方法或其任何实施方案与第二金属部件接合的第一金属部件。
根据另一个方面，本发明提供一种用于专门研发并构造成根据以上方法或其任何实施方案接合第一金属部件与第二金属部件的熔融抑制组合物，该熔融抑制组合物包括i)包含磷和硅的用于降低熔融温度的熔融抑制组分，和ii)用于促进在第一金属部件上施加熔融抑制组合物的任选粘合剂组分。
通过以下详述与附图，方法、产品和熔融抑制组合物的不同目的、特征、方面和优点将显而易见。
附图简述
现在通过实例关于示意附图描述本发明的实施方案，其中：
图1为其中熔融抑制组合物在部件之间施加的第一金属部件和第二金属部件的横截面图，
图2显示在加热期间图1的金属部件，
图3显示在形成接合部时图1的金属部件，
图4为其中熔融抑制组合物在组件之间施加且第二金属部件邻接第一金属部件时，第一金属部件和第二金属部件的横截面图，
图5显示在加热期间图4的金属部件，
图6显示在形成接合部时图4的金属部件，
图7显示在形成接合部时且其中在形成接合部期间这些部件相互朝向紧压的金属部件，
图8为对应于图7的视图，其中来自两个金属部件的材料已熔融并形成接合部，
图9对应于图1，并显示在金属部件之间接触点的分布，
图10显示在金属部件之间接触点的面积，
图11对应于图3，并显示在金属部件之间接合部的分布，
图12显示接合部的横截面面积，
图13显示用于描述可如何接合两个金属部件的一些实例的压制板，
图14为图13中所示板和平板之间接合部的横截面相片；
图15显示测量接合部宽度作为熔融抑制组合物施加量函数绘图的图，包括趋势线，
图16-20显示在SEM(扫描电子显微镜)中研究的接合部的横截面和电子扫描位置，并且
图21为用于接合第一金属部件和第二金属部件的方法的流程图。
发明详述
图1显示其中熔融抑制组合物14在第一金属部件11的表面15上布置的第一金属部件11和第二金属部件12。第二金属部件12在接触点16与熔融抑制组合物14在表面15上接触。对于图示的第二金属部件12，第一突出28与熔融抑制组合物14在接触点16接触，而第二突出29与熔融抑制组合物14在另一个接触点116接触。第一金属部件11由金属元素制成，例如铁基合金。可制成第一金属部件11的适合金属元素的更多实例以下给出。第二金属部件12也由金属元素制成，该金属元素可以为与制成第一金属部件11相同的金属元素。在图1中，第一金属部件11和第二金属部件12尚未接合。
用5个平面P1-P5描述如何接合第一金属部件11和第二金属部件12。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，为第一金属部件11的“上”表面15。这意味熔融抑制组合物14具有对应于第一平面P1和第二平面P2(表面15)之间距离的厚度。应注意到，熔融抑制组合物14的厚度在所示图中被极大放大。真实厚度(即，表面15上熔融抑制组合物14的量)和熔融抑制组合物14的组成在下面详细讨论。
第三平面P3限定第一金属部件11的表面层21，其中表面层21从表面15延伸并达到位于第一金属部件11的第三平面P3。因此，表面层21的厚度对应于第二平面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的厚度对应于第二平面P2和第四平面P4之间的距离。第一金属部件11也具有下层22，该层22为不包括表面层21的第一金属部件11的部分，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28和第二突出29从基线以朝向第一金属部件11的方向突出。
第一金属部件11和第二金属部件12的所示形状只例示形状，其它形状同样可能。例如，金属部件11,12可具有弯曲形状，使得平面P1-P5没有平的二维表面的形式，而是为弯曲表面形式。具体地讲，平面P2和P3不能为尖锐的线，而是可代表逐渐过渡。
图2显示在加热到高于熔融抑制组合物14使表面层21熔融并形成熔融金属层210的温度时的金属组件11,12。该温度仍低于第一金属部件11和第二金属部件12中材料的熔融温度。简而言之，在加热金属部件11,12时，在熔融抑制组合物14中包含的磷和任选的硅扩散进入第一金属部件11，并使其在低于第一金属部件11和(第二金属部件12)中材料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的量施加到表面15上。因此，选择熔融抑制组合物14的量，以使磷只扩散进入表面层21(太多磷可能熔融整个第一金属部件11)。熔融抑制组合物14的适合组成和量描述于以下实例中。然后，熔融金属层210中的金属一般通过毛细管作用流向接触点16(并流到其它类似接触点，例如接触点116)。
图3显示在所有熔融抑制组合物14已扩散进入第一金属部件11时且在熔融金属层210中的金属已流向现在形成接合部25的接触点16时的金属组件11,12。接合部现在包含以前为第一金属部件11的一部分的金属。可以看到，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，因为它已扩散进入第一金属部件11，且一般在某种程度上扩散进入第二金属部件12。由于从来自第一金属部件11的金属形成接合部25，第一金属部件11现在至少局部略薄于加热前。可以看到，第一金属部件11现在具有不位于第二平面P2的上表面15'。上表面现在反而更接近第四平面P4。一般并非熔融金属层210中的所有金属流向接触点16形成接合部25，而是一些保留为第一金属部件11的上表面，并在那里与接合部25固化同时固化。固化不仅在温度降低时发生，而且在温度降低之前发生，例如因为熔融抑制组合物中的磷逐渐扩散进入第一金属部件11的材料并与其混合。第一金属部件11中金属熔融后的物理过程和随后的固化与钎焊期间发生的熔融和固化过程类似。然而，与常规钎焊比较的巨大差异在于，熔融抑制组合物14不含或含很少量填焊金属，而是用来自第一金属部件11的金属产生接合部25代替用填焊金属产生接合部25。以下将描述，可任选用来自第二金属部件12的金属产生接合部25。
图4-6对应于图1-3，区别是第二金属部件12在基本与第一金属部件11接触或邻近的程度压入熔融抑制组合物14(一些少量熔融抑制组合物14一般仍存在于金属部件11,12之间)。
图7对应于图3和6，区别是在形成接合部25期间，第一金属部件11和第二金属部件12相互朝向紧压。因此，第二金属部件12在接合部25的位置已“沉”入第一金属部件11的熔融金属层210。
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12二者的材料已熔融并形成接合部25。实际上，这一般是形成接合部25期间发生的，尤其如果第一金属部件11和第二金属部件12由相同材料制成，因为第二金属部件12也与熔融抑制组合物接触。
在加热前，第二金属部件12具有由线L2限定的外轮廓。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，并在那里形成接合部25。第二金属部件12的熔融表面层由线L2和线L1之间的层表示，其中线L1限定第二金属部件12的金属未熔融的边界。
应注意到，在分别熔融和不熔融的第一金属部件11和第二金属部件12的金属之间没有真正明显边界。相反，从“熔融”到“不熔融”有逐渐过渡。
图9对应于图1，并显示在第一金属部件11和第二金属部件12之间接触点16的分布。图10显示相同金属部件11,12，但从上方和在第一平面P1显示。图9为图10中沿线A-A见到的横截面图。
可以看到，接触点16具有显著大于表面15上熔融抑制组合物14分布的第一金属部件11上的熔融抑制组合物14分布。接触点16的分布具有显著小于表面15上熔融抑制组合物14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相应侧的两条线L3,L4之间延伸。线L3位于接触点16和另一个接触点116之间，因为第一金属部件11的熔融金属一般流向最接近接触点。在上面施加熔融抑制组合物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倍大。面积A1可限定为在上面施加熔融抑制组合物14且由此引出面积A1金属以形成接合部25的表面15的面积。面积A2可限定为接触点16的面积，即，熔融抑制组合物14和第二金属部件12之间的接触面积，任选包括第一金属部件11和第二金属部件12在接触点16之间的接触(若有的话)面积。面积A1一般为面积A2的至少10倍大。
图11对应于图3，并显示接合部25的横截面面积A3。在上面施加熔融抑制组合物14的表面15的面积A1为接合部25的横截面面积A3的至少3倍大。图12显示相同金属部件11,12，但从上面和在第二平面P2显示。图11为图12中沿线A-A见到的横截面图。
可以看到，接合部25具有显著小于表面15上熔融抑制组合物14面积A1的横截面面积A3。与前面一样，面积A1可限定为在上面施加熔融抑制组合物14且由此引出面积A1金属以形成接合部25的表面15的面积。接合部25的横截面面积A3可限定为接合部25在第一金属部件11和第二金属部件12之间具有的最小面积。横截面面积A3可具有弯曲表面形状。显然，根据第一金属部件11和第二金属部件12的相应形状，面积A1和A2可具有弯曲表面形状。
根据要接合的金属部件形状，在上面施加熔融抑制组合物的面积可基本上等于随后形成的接合部的面积。
现在提出一些试验和实例，用于描述第一金属部件11、第二金属部件12的适合材料、熔融抑制组合物14的组成、应使用的熔融抑制组合物14的量、加热的适合温度、应加热多长时间等。因此，这些试验和实例的结果用于前述实体，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、接合部25等，即，所有前述实体可结合关于以下试验和实例所述的相应相关特征。以下将熔融抑制组合物称为“混合物”。可将金属部件称为“母金属”。
已试验一些适合的熔融抑制组合物，即，熔点温度降低组合物。熔融抑制组合物中的活性组分为磷(P)。已选择磷的化合物作为磷源。这些化合物包括Fe3P、NiP和Mn3P2，其中Mn3P2为MnP和Mn2P的混合物。也可只使用包括磷的其它化合物-它们仅必须以类似于Fe3P、NiP和Mn3P2和下述进行的类似方式关于它们提供的用途和结果进行验证。
Fe3P，也称为磷化铁，为具有CAS(ChemicalAbstractsService)号12023-53-9和MDL(MolecularDesignLimited)号MFCD00799762的从AlfaAesar公司得到的常规化合物。
Mn3P2，也称为磷化锰，为具有CAS(ChemicalAbstractsService)号12263-33-1和MDL(MolecularDesignLimited)号MFCD00064736的从AlfaAesar公司得到的常规化合物。
NiP，也称为磷化镍，为镀在要接合的金属部件上的常规化合物。要接合的金属部件也称为基体金属或基体材料。镀覆通过进行常规镍磷镀覆方法进行，例如，由Norrk?ping,Sweden的BrinkF?rnicklingsfabrikenAB公司进行。
对一些实例使用Si或硅。硅为具有CAS7440-21-3和MDLMFCD00085311的从AlfaAesar公司得到的常规化合物，称为“-325目99.5%(金属基准)结晶硅粉”。
在查看化合物的原子组成时，通过应用原子量和使用常规计算技术，可确定
Fe3P包含16%重量P(磷)，Mn3P2包含27%重量P。在镀镍时，在NiP层中包含约11-14%重量P。
粘合剂用于在要接合的金属部件上施加Fe3P和Mn3P2。粘合剂(聚合和溶剂)为WallColmonoy以商品名NicorobrazS-20(S-20)售出的粘合剂。将粘合剂样品布置在金属板上，并在22℃干燥24h。在干燥前，样品的重量为0.56g，在干燥后为0.02g。因此，粘合剂的3.57%重量为在干燥后保留的组分。制备熔融抑制组合物，其中Mn3P2和Si形成熔融抑制组分(熔点温度抑制组分)，其中粘合剂S-20形成粘合剂组分。通过首先使Mn3P2与Si混合，然后加入并混合粘合剂S-20进行制备。制备具有不同量Si的熔融抑制组合物的两种变体，称为A1Mn3P2(A1)和B1Mn3P2(B1)，如表1中所示。
组合物A1和A2施加到42mm直径的316L型不锈钢(SAE钢级)的平的圆形试验工件上。
在每个试验工件上放置另一个不同材料的工件，254SMO(SAE钢级)。这个另一工件显示于图13中，并具有42mm直径和0.4mm厚度的圆形压制板150形式。压制板150具有两个压制梁v和h，各约20mm长。在平工件上放置具有梁的工件时，形成接触点，其中工件150的梁接近另一个平的工件。
将该工作称为样品，即，那个平的圆形工件和压制板，并将数个样品在真空中对各样品在不同温度热处理2小时。表2显示对样品使用何种组合物量。
对于样品A1:1至A1:3和样品B1:1至B1:3，热处理包括在真空在1120℃温度保持样品2小时。
对于样品A1:4至A1:6和样品B1:4至B1:6，热处理包括在真空在1140℃温度保持样品2小时。
A1表示组合物A1Mn3P2，B2表示组合物B1Mn3P2。在A1、B2后的数字分别表示不同样品，如表2中所示。在此表中呈现样品的重量，包括熔融抑制组分的重量和干粘合剂组分的重量。
在热处理后，使样品冷却到室温(22℃)，观察到样品的两个工件沿着压制板150梁的长度接合，即，样品具有沿着梁的接合部。将样品跨接合部以两个部分切割，在最宽部分X测量各接合部，这在图14中图示说明。结果在表13中呈现，并在图15中图示说明，其中接合部宽度作为熔融抑制组合物施加量的函数绘图。
然后对接合部进行冶金学研究。这通过在所谓SEM-EDX中分析接合部的切割横截面进行，SEM-EDX为具有X射线检测器的常规市售扫描电子显微镜。图16图示说明样品A1-6的三个测量位置，表4显示测量结果。
研究显示，这些接合部包含至少90%重量金属，所述金属在加热前为任何第一金属部件和第二金属部件(即，样品的工件)的一部分。这容易确定，因为Mn和P合起来小于2.2%重量。
也对样品B1-6进行类似研究。图17图示说明样品B1-6的三个测量位置，表5显示测量结果。
研究显示，这些接合部包含至少90%重量金属，所述金属在加热前为任何第一金属部件和第二金属部件(即，样品的工件)的一部分。这容易确定，因为Mn和P合起来小于4.2%重量。
在具有42mm直径的称为316的下一个316型不锈钢工件中施加三种不同熔融抑制组合物(或在相应工件上一种组合物)：i)Mn3P2；ii)NiP，镀在316上；iii)NiP，镀在316上，并用Si作为熔融抑制剂。镀覆NiP的厚度为50μm。通过常规涂漆施加0.15gSi。在每个工件上放置类似于图13的254型SMO的压制工件。工件形成样品，将样品在真空中在1120℃热处理2小时。在工件之间形成接合部。
表6显示用SEM-EDX对具有50μmNiP镀层的样品的接合部的切割横截面分析。从结果显现，接合部包含至少20%重量金属，所述金属在加热前为任何工件(第一金属部件)或第二工件(第二金属部件)的一部分。图18显示接合部中的测定位置。
表7显示用SEM-EDX对具有50μmNiP镀层的样品进行接合部的切割横截面分析，其中已在经镀覆表面上施加(涂漆)约0.15g量Si。从结果显现，接合部包含与不使用Si的试验相比更多的金属。较高量Si最可能提高来自试验工件的接合部中金属的量。图19显示接合部中的测定位置。
表8显示用SEM-EDX对具有Mn3P2的样品的接合部的切割横截面分析。Mn3P2以50:50重量比与S-20粘合剂混合，不使用Si。施加0.2g量(在粘合剂组分干燥后)。从结果显现，接合部包含至少80%重量金属，所述金属在接合前为接合的产品的一部分。图20显示接合部中光谱1检测的位置。
方法
参考图21，图21图示说明用于接合第一金属部件和第二金属部件的方法的流程图。金属部件可由上述不同材料制成。
在第一步骤201中，在金属部件之一(在此为第一金属部件)的表面上施加熔融抑制组合物。施加本身可通过常规技术进行，例如，在熔融抑制组合物包含粘合剂组分的情况下通过喷涂或涂漆，在不使用粘合剂组分的情况下通过PVD或CVD。
在下一步骤202，使第二金属部件与熔融抑制组合物在接触点在表面上接触。这可人工或自动通过利用常规自动制造系统进行。
在下一步骤303，将金属部件加热到高于1000℃的温度。精确温度可发现于以上实例中。在加热期间，至少第一金属部件的表面与熔融抑制组分一起形成在第一金属部件和第二金属部件之间的接触点与第二金属部件接触的熔融金属层。在这发生时，熔融金属层的金属朝向接触点流动。
在最后步骤204，使熔融金属层固化，以在接触点得到接合部，即，已流到接触点的金属固化。固化一般包括使温度降低到正常室温。然而，在温度降低之前，在接合部区域中在组分(磷和任选硅)再分布的物理过程期间也发生固化。
从以上描述可见，虽然已描述和显示本发明的不同实施方案，但本发明不限于此，可在以下权利要求限定的主题范围内以其它方式体现本发明。不同熔融抑制组合物也可与用于金属部件的不同金属组合。

Claims (18)

1.一种使第一金属部件(11)与第二金属部件(12)接合的方法，所述金属部件(11,12)具有高于1000℃的固相线温度，所述方法包括：
-在第一金属部件(11)的表面(15)上施加(201)熔融抑制组合物(14)，所述熔融抑制组合物(14)包括
·包含磷和硅的用于降低第一金属部件(11)熔融温度的熔融抑制组分，和
·任选促进在表面(15)上施加(201)熔融抑制组合物(14)的粘合剂组分，
-使第二金属部件(12)与熔融抑制组合物(14)在接触点(16)在所述表面(15)上接触(202)；
-将第一金属部件和第二金属部件(11,12)加热(203)到高于1000℃的温度，从而第一金属部件(11)的所述表面(15)熔融，使得第一金属部件(11)的表面层(21)熔融，并与熔融抑制组分一起形成与第二金属部件(12)在接触点(16)接触的熔融金属层(210)；和
-使熔融金属层(210)固化(204)，并在接触点(16)得到接合部(25)，该接合部(25)包含至少50%重量金属，所述金属在加热(203)前为任何第一金属部件(11)和第二金属部件(12)的一部分。
2.权利要求1的方法，其中所述磷源于选自至少任何以下化合物的磷化合物：MnxPy、FexPy和NixPy。
3.权利要求1或2的方法，其中所述硅源于任何单质硅和选自至少任何以下化合物的硅化合物的硅：碳化硅、硼化硅和硅铁。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含任何至少25%重量、至少35%重量和至少55%重量的磷和硅。
5.权利要求1至4中任一项的方法，其中所述磷组成熔融抑制化合物的磷和硅含量的至少10%重量。
6.权利要求1至5中任一项的方法，其中所述硅组成熔融抑制化合物的磷和硅含量的至少55%重量。
7.权利要求1至6中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于50%重量金属元素。
8.权利要求1至7中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于10%重量金属元素。
9.权利要求1至8中任一项的方法，其中所述第一金属部件包括0.3-0.6mm厚度，施加(201)熔融抑制组合物(14)包括在第一金属部件(11)的表面(15)上施加平均0.02-1.00mg磷和硅/mm2。
10.权利要求1至8中任一项的方法，其中所述第一金属部件包括0.6-1.0mm厚度，施加(201)熔融抑制组合物(14)包括在第一金属部件(11)的表面(15)上施加平均0.02-2.0mg磷和硅/mm2。
11.权利要求1至10中任一项的方法，其中所述表面(15)具有大于所述表面(15)上接触点(16)限定的面积(A2)的面积(A1)，使得在使接合部(25)形成(204)时，熔融金属层(21')中的金属流到接触点(16)。
12.权利要求11的方法，其中所述表面(15)的面积(A1)为接触点(16)限定的面积(A2)的至少3倍大。
13.权利要求11或12的方法，其中所述表面(15)的面积(A1)为接合部(25)的横截面面积(A3)的至少10倍大。
14.权利要求1至13中任一项的方法，其中任何第一金属部件(11)和第二金属部件(12)包括多个突出(28,29)，这些突出朝向其它金属部件延伸，使得在第二金属部件(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)。
15.权利要求1至14中任一项的方法，其中所述第一金属部件包含以下之一：
·>50%重量Fe、<13%重量Cr、<1%重量Mo、<1%重量Ni和<3%重量Mn，
·>90%重量Fe，
·>65%重量Fe和>13%重量Cr，
·>50%重量Fe、>15.5%重量Cr和>6%重量Ni，
·>50%重量Fe、>15.5%重量Cr、1-10%重量Mo和>8%重量Ni，
·>97%重量Ni，
·>10%重量Cr和>60%重量Ni，
·>15%重量Cr、>10%重量Mo和>50%重量Ni，
·>70%重量Co，
·>80%Cu，和
·>10%重量Fe、0.1-30%重量Mo、0.1-30%重量Ni和>50%重量Co。
16.一种产品，所述产品包括通过接合部(25)与第二金属部件(12)接合的第一金属部件(11)，该金属部件(11,12)具有高于1000℃的固相线温度，其中所述接合部(25)包含至少50%重量金属元素，所述金属元素已从围绕接合部的面积(A1)引出且为任何第一金属部件(11)和第二金属部件(12)的一部分部分。
17.一种产品，所述产品包括根据权利要求1-16中任一项的方法与第二金属部件(12)接合的第一金属部件(11)。
18.一种用于根据权利要求1-18中任一项的方法接合第一金属部件(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括i)包含磷和硅的用于降低熔融温度的熔融抑制组分，和ii)用于促进在第一金属部件(11)上施加(201)熔融抑制组合物(14)的任选粘合剂组分。
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