[发明专利]镁合金与铝合金夹层扩散焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金与铝合金焊接领域，特别是一种镁合金与铝合金夹层扩散焊接的方法。

背景技术

铝是地壳中含量最高的金属元素，铝合金是目前使用最广的金属结构材料之一。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，同时其塑性好，能够加工成各种型材，具有良好的导电性、导热性和抗蚀性等特点。铝合金在汽车、航空航天、建筑装饰等领域有着广泛的应用。

近些年来，镁合金作为一种新型的工程结构材料越来越引起了社会各界的广泛关注，因其具有比强度高、刚度大、抗冲击性能好、抗震性好、热容量低、冷凝速度快、良好的机械加工性能等优点，现已广泛的应用于汽车制造、航空航天、民用电子产品等领域。

如果实现镁合金与铝合金异种金属的焊接并形成可靠的焊接结构件，不仅能充分发挥镁合金、铝合金各自的优异性能，还能够大大拓展其在高科技领域，特别是在航空航天方面的应用，所以实现镁铝异种金属的焊接具有非常深远的现实意义。然而镁铝异种金属因其物理化学性质的差异利用一般的焊接方法要实现其可靠连接十分困难，两种金属直接焊接主要存在的问题是：（1）镁、铝的活性很高，容易与空气中的氧气发生反应在表面形成一层氧化物膜，氧化物膜的存在不利于母材原子的相互扩散，导致焊接工艺难以控制；（2）镁与铝易相互反应，焊接接头界面区域生成大量高硬度脆性金属间化合物并出现分层现象，导致焊接接头强度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种镁合金与铝合金夹层扩散焊接的方法，以克服现有镁合金与铝合金直接扩散焊接中存在的问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的镁合金与铝合金夹层扩散焊接的方法，具体是采用包括以下步骤的方法： 

（1）焊接母材机械加工处理：

将购买的焊接母材利用线切割的方法进行初加工，然后利用超精密平面磨床对切割后的待焊件进行打磨，并用砂纸打磨待焊面以除去表面氧化层和利用高精密抛光机对待焊面抛光，以保证其表面粗糙度Ra优于0.1μm，最后利用有机溶剂作为清洗剂对抛光后的待焊件进行超声清洗，得到表面清洁的待焊件；

（2）焊接母材的表面镀膜处理：

将表面清洁的待焊件放入预先抽真空的样品室内，然后利用磁控溅射工艺在待焊件镁和铝表面各沉积一层Cu薄膜，溅射结束后待衬底自然冷却后取出镀膜处理后的待焊件；

（3）待焊件扩散焊接步骤：

将镀膜处理后的待焊件叠放装入WC硬质合金模具中，模具的上下压头表面喷涂氮化硼陶瓷作为阻焊剂；随后将模具放置在真空热压炉中的上下压头之间，关闭炉门；对炉腔抽真空；当炉内真空度达到10^-3Pa ~10^-4Pa后利用预先设定的温度程序进行加热，炉内温度达到420℃~470℃后保温30min~2h，实施真空扩散焊接；在保温阶段前对待焊件施加轴向压力3MP~10MPa，保温阶段结束后，卸掉压力；关闭电源，炉冷却后取出焊接件；

经过上述步骤，实现镁合金母材与铝合金母材的夹层扩散焊接。

所述有机溶剂可以为无水乙醇或丙酮。

所述磁控溅射工艺可以采用纯度为99.99%的铜靶作为靶材。

在沉积Cu薄膜过程中，样品室的真空度可以为1.0×10^-3Pa~1.0×10^-4Pa。

在沉积Cu薄膜过程中，其工艺可以为：衬底温度为80℃~200℃，升温速率为5℃~15℃，溅射功率为80W~150W，氩气气压为0.5Pa~1.5Pa，沉积时间为30min~1.5h。

在真空扩散焊接过程中，升温速度采用多步逐级升温，具体是先按5℃～10℃/min的升温速率升温至320℃～370℃，然后以2℃～10℃/min的升温速率升至420℃～470℃。

所述镁合金母材可以为纯镁、AZ31B或MB2镁合金。

所述铝合金母材可以为纯铝、LY12或6061铝合金。

本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：

1. 利用真空扩散焊接方法，在较低焊接温度下不仅实现了镁铝异种金属的焊接，焊接接头连接紧密，焊接接头拉伸强度能够达到10MPa~20MPa，而且焊接件整体平行度好、精度高。

2. 利用磁控溅射镀膜技术在焊接母材镁合金和铝合金表面沉积Cu薄膜，能够制备强度高、平行度高、变形小和残余应力小的镁/铝焊接接头，

3. 工艺简单，利于推广，特别适合镁合金与铝合金低温夹层扩散焊接。

附图说明