[发明专利]通过冶金反应焊接轻金属工件

权利要求书

1.一种在第一轻金属合金工件的第一结合表面与(i)第二轻金属合金工件或(ii)钢工件中的一个的第二结合表面之间形成固态焊接件的方法，所述轻金属是铝或镁，钢工件的结合表面涂覆铝或锌；所述方法包括：

将放置于所述第一结合表面和所述第二结合表面之间且与所述第一结合表面和所述第二结合表面接触的形式的金属元素、或者两种或更多种元素的合金、或者两种或更多种不同元素或合金的混合物选择作为反应材料，所述金属元素或合金被选择成在加热到低于所述第一轻金属合金的固相线温度的温度时与至少第一轻金属合金结合表面反应，以便形成包括液体的反应产物，所述液体包括金属元素和所述轻金属合金元素；

制备工件的组件，其中所述工件的各自结合表面由所述反应材料彼此面对面地分隔开，反应材料的量被预先确定，以在形成所述反应产物时消耗掉一个或两个工件的指定量；

在第一压力水平下压制所述组件，使得衬面接合所述反应材料，且将所述反应材料加热预定时间，以形成所述反应产物并消耗掉所述面对面的工件的一部分；

将所述组件上的压力增加到更高的压力水平，以从所述残余结合表面之间驱出大致所有形成的反应产物同时将所述结合表面的位移限制至预定值；以及，之后

将所述结合表面抵靠彼此保持，直到固态焊接接头与预期结合表面大致共延地形成。

2.根据权利要求1所述的形成固态焊接件的方法，其中，第一铝合金工件结合到第二铝合金工件。

3.根据权利要求2所述的形成固态焊接件的方法，其中，所述反应材料包括选自包括铜、镁、硅和锌的组的至少一种金属元素。

4.根据权利要求1所述的形成固态焊接件的方法，其中，第一镁合金工件结合到第二镁合金工件。

5.根据权利要求4所述的形成固态焊接件的方法，其中，所述反应材料包括选自包括铝、铜和锌的组的至少一种金属元素。

6.根据权利要求1所述的形成固态焊接件的方法，其中，所述第一轻金属工件结合到钢工件，其中所述钢工件的所述结合表面涂覆铝或锌，且所述铝或锌提供用于与所述轻金属合金工件的所述结合表面反应的所述反应材料的至少一部分。

7.根据权利要求1所述的形成固态焊接件的方法，其中，两个工件都是厚度在从约四分之三毫米至约四毫米范围内的轻金属合金片材，且所述反应材料的量被预先确定，以消耗掉两个片材工件中较薄者的厚度的不超过约10％。

8.根据权利要求7所述的形成固态焊接件的方法，其中，所述工件是铝合金片材且所述反应材料包括铜。

9.一种在第一轻金属合金片材工件的第一结合表面与第二轻金属合金片材工件的第二结合表面之间形成固态焊接件的方法，每个轻金属合金工件是铝合金或镁合金，每个片材具有在从约四分之三毫米至约四毫米范围内的初始厚度，所述方法包括：

将放置于所述第一结合表面和所述第二结合表面之间且与所述第一结合表面和所述第二结合表面接触的形式的金属元素、或者两种或更多种元素的合金、或者两种或更多种合金或元素的混合物选择作为反应材料，所述金属元素或合金被选择成在加热到低于所述第一轻金属合金的固相线温度的温度时与至少第一轻金属合金结合表面反应，以便形成包括液体的反应产物，所述液体包括金属元素和所述轻金属合金元素；

制备片材工件的组件，其中所述工件的各自结合表面由所述反应材料彼此面对面地分隔开，反应材料的量被预先确定，以在形成所述反应产物时消耗掉任一片材工件的厚度的不超过约十分之一；

在第一压力水平下压制所述组件，使得衬面接合所述反应材料，且将所述反应材料加热预定时间，以形成所述反应产物并消耗掉所述面对面的工件的一部分；

将所述组件上的压力增加到更高的压力水平，以从所述残余结合表面之间驱出大致所有形成的反应产物同时将所述片材金属结合表面的位移限制至预定值；以及，之后

将所述结合表面抵靠彼此保持，直到固态焊接件与预期结合表面大致共延地形成。

10.一种在第一轻金属合金工件的第一结合表面与钢工件的第二结合表面之间形成固态焊接件的方法，所述钢工件的结合表面涂覆铝或锌；所述轻金属合金是铝合金或镁合金，所述方法包括：

将放置于所述第一结合表面和所述第二结合表面之间且与所述第一结合表面和所述第二结合表面接触的形式的(i)涂覆在所述钢工件上的铝或钢、以及任选地(ii)金属元素或者两种或更多种元素的合金选择作为反应材料，所述金属元素或合金被选择成在加热到低于所述第一轻金属合金的固相线温度的温度时与至少第一轻金属合金结合表面反应，以便形成包括液体的反应产物，所述液体包括金属元素和所述轻金属合金元素；

制备工件的组件，其中所述工件的各自结合表面由所述反应材料彼此面对面地分隔开，反应材料的量被预先确定，以在形成所述反应产物时消耗掉轻金属合金工件的指定量；

在第一压力水平下压制所述组件，使得衬面接合所述反应材料，且将所述反应材料加热预定时间，以形成所述反应产物并消耗掉至少轻金属合金工件的一部分；

将所述组件上的压力增加到更高的压力水平，以从所述残余结合表面之间驱出大致所有形成的反应产物同时将所述结合表面的位移限制至预定值；以及，之后

将所述结合表面抵靠彼此保持，直到固态焊接结合部与预期结合表面大致共延地形成。