[发明专利]含复合中间层的镁合金与铝合金扩散焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金与铝合金连接领域，具体涉及一种镁合金与铝合金高强焊接的方法。

背景技术

铝合金一直是国防工业中应用最广泛的金属材料之一。因铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，可制成各种截面的型材、管材、板材等，所以，铝合金是构件轻量化首选的轻质结构材料。铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框和长梁等；在航天工业中，铝合金是运载火箭和宇宙飞行器的重要构件材料。作为一种迅速崛起的新型绿色工程结构材料，Mg合金在航空航天、国防、汽车工业、电子通讯等领域都具有广阔的应用前景。而镁合金的发展及应用离不开连接问题，良好的连接是简化产品设计、降低产品成本的有效措施之一，因此连接技术的发展将直接影响Mg合金的广泛应用。目前在各种轻金属工程结构中Al仍占据主导地位，而如果将Mg与Al结合起来实现Mg/Al异种金属结构的焊接，获得界面牢固的焊接接头，充分发挥镁、铝各自的性能优势，将会进一步扩大镁合金和铝合金作为结构件在高新技术领域的应用。

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的使用。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）镁具有较大的热脆性，且活性很高，容易与空气中的氧气发生反应在表面形成一层惰性氧化物膜，氧化物膜的存在不利于母材原子的相互扩散；（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。

目前，在焊接母材之间添加中间层是一种解决镁铝扩散焊接接头非常有效的方法。研究表明，通过添加单一Zn、Ag等作为中间层焊接可以实现Mg-Al异种金属焊接，但通过设计复合中间层的扩散焊接方法焊接Mg-Al异种金属尚未报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种含复合中间层的镁合金与铝合金扩散接方法，该方法通过采用铝薄膜和镍箔作为复合中间层，并且利用真空扩散焊接工艺在低温下实现镁合金与铝合金的高强焊接。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的是一种含复合中间层的镁合金与铝合金扩散焊接方法，其利用磁控溅射技术在镁合金待焊面沉积铝薄膜层，同时添加镍箔作为复合中间层，利用真空扩散焊接工艺在较低温度下实现了镁合金与铝合金异种材料的高强焊接，具体包括以下步骤：

（1）待焊面的清洗：

对镁合金、镍箔、铝合金待焊面进行机械抛光，用无水乙醇或丙酮进行超声清洗后转入无水乙醇或丙酮中存放；

（2）镁合金待焊面的磁控溅射镀Al薄膜处理：

利用磁控溅射技术对清洗后的镁合金表面沉积铝薄膜，形成镁合金待焊面含Al薄膜的待焊件；

（3）镁合金与铝合金扩散焊接：

利用真空扩散焊接工艺对镁合金与铝合金进行扩散焊接，其方法是：将表面含Al薄膜的镁合金、镍箔、铝合金依次叠放形成工件，随后置入真空扩散焊接炉，当真空度优于6×10^-3Pa时，开始加热；扩散焊接工艺为焊接温度400~460℃，保温时间10~120min，焊接压力0.1~3MPa；

经过上述步骤，实现镁合金与铝合金的扩散焊接，得到Mg/Al薄膜/Ni箔/Al的焊接件。

所述磁控溅射技术所采用的靶材可以为纯度99.99%的铝靶，其工艺参数可以为：基片温度为0~300℃，溅射功率为50~100W，氩气气压为0.5~1.5Pa，沉积时间为10~30min。

所述镁合金可以为AZ31B或MB2镁合金，或由纯镁替换。

所述铝合金可以为LY12或6061铝合金，或由纯铝替换。

所述的镍箔厚度可以为10~100μm，纯度为99.9% 。

本发明提供的镁合金与铝合金的扩散焊接方法与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一. 在低温下实现镁合金与铝合金的高强焊接：

在低温下实现镁合金与铝合金的高强焊接是通过采用铝薄膜和镍箔作为复合中间层实现的，其中，铝薄膜采用磁控溅射技术沉积在母材镁合金待焊面，铝薄膜的加入能改善Mg合金待焊面抗氧化能力，改变了镁/铝连接界面物相组成和显微结构，同时铝薄膜和镍箔复合中间层的添加阻碍了镁铝原子的直接相互扩散，阻止了高硬度脆性镁铝系金属间化合物的生成，提高了Mg-Al的焊接强度，其剪切强度达到26MPa。

其二. 可以实现多种镁合金和铝合金的高强度焊接。