[发明专利]异质金属材料间的钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料间的钎焊方法，尤其是一种适用于异质金属材料如铜或铜合金与铝或铝合金、不锈钢与铝或铝合金、不锈钢与镁合金之间焊接的钎焊方法。

背景技术

近年来，国内国际铜价不断攀升，这给制冷、电子、汽车等制造行业带来了很大的成本压力。铜的主要应用价值在于这种材料有着优良的导电、导热性。由于铜在地壳中储存量较少，铜价的持续上涨是毋容置疑的，因此寻找一种性能与铜材接近并且价格相对较低的材料来替代铜材成为企业节约成本的共同出发点。铝金属的导电和导热性能仅次于铜，在很多场合用铝材取代铜材并不会过大地影响产品的使用性能。就生产成本而言，铝材的市场价约为铜的l／3，铝的密度也只有铜的l／3，铝制构件材料成本是相同铜制构件的1／9。因此，人们在很多行业采用“以铝代铜”的技术来降低生产成本。

然而，在一些构件中铜材的使用仍然不可替代，如制冷构件中的干燥过滤器、毛细管、压缩机三管等，还是要采用铜管制作，这样在制冷管路中又有铝管又有铜管，必然带来铜铝管连接问题。此外，因为铝表面有一层较厚的氧化膜，所以在一些铝制电子器件中，容易出现因器件接触电阻较大而导致的触头发热并造成材料的蠕变失效；尤其在高电压情况下还会使铝制触头产生放电火花而造成事故，因此通常的做法都是在铝材表面焊接铜，减小接触电阻。

国内外对铜铝异质材料连接技术已经有了较多的研究，但在铜铝合金连接强度以及降低连接成本上一直没有很大的突破。铜铝异质材料连接的难点在于：铜与铝的熔点相差较大（接近400℃）、铜的热导率约为铝的3倍、它们的线膨胀系数以及熔化热也有很大差异，直接连接将产生很大的焊接应力；此外，更为主要的是，铜铝异质材料连接时，异质母材间原子的相互扩散作用容易导致CuAl₂层状脆性金属间化合物的形成，该脆性化合物层的厚度超过一定值（10um）时将极大地影响接头的力学性能。因此，尽可能缓解异质母材间物理性能的差异，以及较少层状脆性金属间化合物的形成，是获得优质铜铝焊接接头的关键。

目前应用较多的铜铝异质材料连接方法主要有摩擦对焊、搅拌摩擦焊和钎焊。其中摩擦对焊主要用于管或棒状材料的对接，而搅拌摩擦焊主要用于板状材料的连接，这两种方法都属于固相焊的范畴，对设备要求较高，工艺参数要求严格，不适合于特殊环境或复杂接头的生产也不适合于薄型构件的焊接。此外，固相焊焊接头强度容易受CuAl₂脆性金属间化合物层的厚度和硬度影响，接头耐疲劳性和气密性较差。

钎焊在异质材料的连接中应用较为普遍，例如铜铝钎焊，与固相焊相比，钎焊中钎料的使用缓解了异质母材间物理性能的差异，接头的耐疲劳载荷能力较强；此外，钎焊还具有生产成本低，对复杂工件的适应性强，接头强度和气密性高，在线生产能力强等众多优点，因而是一种很有发展前景的铜铝连接技术。常见的钎焊方法主要有真空钎焊、火焰钎焊以及感应钎焊等。其中真空钎焊一般在高真空环境下进行，该方法对母材连接界面的洁净度有较高要求，不适用于复杂接头焊接以及大批量生产。此外，真空钎焊保温时间较长，容易在铜材界面形成较厚的CuAl₂层，从而恶化了接头性能。火焰钎焊和感应钎焊都是采用局部加热的方式，热影响区小，焊接时间短，应用较为普遍。然而这两种钎焊方法需要配合钎剂使用，以去除母材表皮的氧化膜，促进钎料在母材表面的润湿扩展。钎剂的使用一方面增加了焊接的成本；另一方面容易在接头中产生气孔；而且，焊后焊缝中的钎剂残渣若清理干净还容易造成接头的电化学腐蚀，降低接头可靠性。此外，火焰钎焊和感应钎焊并不能完全避免层状CuAl₂的生成，只有严格控制加热速度和焊接温度才能尽可能减小CuAl₂层的厚度。同样对于不锈钢与铝或铝合金、不锈钢与镁合金之间的钎焊，由于容易形成层状脆性金属间化合物影响焊接质量，现有的钎焊方法难已实现高效优质的焊接。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种异质金属材料间的钎焊方法，本发明方法适用于铜合金或铜基复合材料与铝合金或铝基复合材料、不锈钢与铝合金或铝基复合材料、不锈钢与镁合金或镁基复合材料等异质材料之间的焊接。

本发明采用的技术方案是：一种异质金属材料间的钎焊方法，所述异质金属材料包括材质不同的第一母材和第二母材，所述钎焊方法包括以下步骤：

a、将第一母材装卡在可伸缩夹具上，第二母材装卡在固定夹具上，使第一母材的、第二母材的焊接面相对并将钎料置于所述焊接面之间；