[发明专利]一种分段式异种材料高温固态扩散/低温瞬间液相复合连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及异种材料间的连接，本连接方法有效解决了物理、化学和冶金性能差异显著的两异种材料间的连接，特别是解决了熔点差值高达400~800℃的异种金属间或金属与非金属间的连接问题。

 

背景技术

扩散焊是指在一定的温度、压力、保护介质等工艺条件下保持一段时间，使紧密贴合的焊件界面处的不平处产生微观塑性变形并发生原子相互扩散而形成联接的焊接方法，通常也称为固相扩散焊，已广泛用于反应堆燃料元件、蜂窝结构板、静电加速管、各种叶片、叶轮、冲模、过滤管和电子元件等的制造，尤其是异种材料间的连接。扩散焊对待焊表面质量要求高，焊接时间较长，接头质量不稳定。

瞬间液相（简称TLP）扩散连接是在被焊金属表面间加入中间层合金，依靠中间层合金在焊接过程中发生熔化或是与母材之间发生共晶反应产生过渡液相并在保温的过程中凝固，中间层与焊件界面间原子相互扩散形成焊接接头的一种连接工艺。TLP工艺结合了钎焊和固相扩散焊的优点，生产率高、焊接时间短，接头强度高，没有明显的界面和焊接残留物，通过成分均匀化处理可以得到组织成分均匀且性能同母材相近的接头，在工业生产中广阔的应用前景。

扩散焊与TLP连接用于异种材料连接具有独特优势，已经得到了广泛的认可和应用。但是在实际工业应用中，经常有需要对物理、化学和冶金性能差异显著的两异种材料间的连接，由于焊件材料性质尤其是熔点差异大，有的异种金属间的熔点差值甚至高达400~800℃，如果采用单一的扩散焊或TLP连接对这样差异很大的两异种材料间连接时，就会导致焊接温度高时虽有利于扩散但会引起低熔点母材的熔化或烧损，焊接温度低时又会出现界面间扩散不良的问题。因此目前对差异显著的两异种材料间的连接还无能为力，只能进行差异较小的两异种材料间的连接。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种分段式高温固态扩散/低温TLP复合连接方法，本方法有效解决了单独利用扩散焊或TLP焊对物理、化学和冶金性能差异显著的异种材料进行连接时，由于焊件材料性质尤其是熔点差异大，导致焊接温度高时虽有利于扩散但会引起低熔点母材的熔化或烧损，焊接温度低时又会出现界面间扩散不良的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种分段式异种材料高温固态扩散/低温瞬间液相复合连接方法，两异种材料间的熔点差值为400~800℃，熔点相对高的称之为高熔点母材，熔点相对低的称之为低熔点母材，采用熔点介于两母材熔点之间的金属材料作为中间层，其连接步骤为：

1）先利用固相扩散焊将中间层一端与高熔点母材焊合，焊接温度高于低熔点母材熔点温度而低于中间层熔点温度；

2）然后在低于低熔点母材熔点的焊接温度条件下，利用瞬间液相连接技术将中间层另一端与低熔点母材连接，从而通过中间层实现两异种材料间的连接。

两异种材料均为金属或者一种为金属，另一种为非金属，非金属为陶瓷。

所述第1）步的焊接过程在真空或惰性气体保护气氛中进行，并在中间层和高熔点母材的外端各通过压头向中间施加载荷，该载荷采用恒压或脉冲加压方式；高熔点母材和对应的压头之间以及中间层和对应的压头之间设有钽片，钽片的两个工作面各设有润滑用石墨膏。

所述第2）步的连接过程在真空或惰性气体保护气氛中进行，并在中间层和低熔点母材结合面间通过陶瓷片施加大小为0.2~0.5MPa的恒定载荷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明可用于对物理、化学和冶金性能差异显著的异种材料进行连接，如异种金属间或金属与非金属间的连接，特别能实现熔点差值达400~800℃的异种材料间的连接。

2.本发明在保证高熔点母材与中间层间元素充分相互扩散的同时，能够有效防止低熔点母材在焊接过程中发生熔化。

3.本发明利用高温固态扩散和低温TLP复合连接技术，利于促进接头成分均匀化和提高连接强度。

4.本发明工艺过程简单，成本不高，易于实现。

总之，本方法通过分段式异种材料高温固态扩散/低温TLP复合连接方法，将扩散焊与TLP焊两种连接方法的优势结合起来，用于物理、化学和冶金性能差异显著的异种材料间连接，在保证高熔点母材与中间层充分扩散的同时，可以防止较低熔点母材在焊接过程中发生熔化，从而实现焊件间的有效连接。

附图说明

图1-本发明第一阶段—高熔点母材与中间层高温固态扩散连接示意图。