[发明专利]一种无中间层的铝合金扩散连接方法

说明书

本发明涉及一种无中间层的铝合金扩散连接方法，在铝合金待焊表面涂覆一层活化保护剂并结合梯度加压方法进行扩散连接。涂覆的含镁活化保护剂在焊接过程中完全挥发，焊接面无残留。采用梯度加压方式，在高温区间利用镁蒸气和较低预应力实现氧化膜破碎，再降低焊接温度提高焊接压力，利用低温区间变形控制优势实现铝合金高强高精度直接扩散连接。本发明解决了铝合金直接扩散连接焊缝强度低、焊接变形严重等问题，较镀覆中间层扩散焊方式更简单高效，强度优于普通钎焊，尤其适用于带微小尺寸流道和对耐蚀性要求较高的冷板类产品。

技术领域

本发明涉及一种直接扩散连接铝合金材料的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

随着航天航空工业的发展，结构对轻量化和功能性提出了更高的要求。用传统的钎焊方式获得的铝合金构件存在钎料易堵塞、溶蚀等问题，而用瞬时液相扩散焊方法获得的铝合金接头也存在连接强度低，界面金属间化合物脆性倾向大等问题。采用不加过渡层的铝合金直接扩散连接，不仅可以降低中间层带来的脆性化合物问题，耐蚀性也能得到显著提高，在航天航空、机械、化工、电力、核工业等行业都有广泛应用。

目前铝合金扩散连接多采用中间层的方法，利用中间层与铝合金之间形成的液相在高温高压下扩散凝固，其中中间层与铝合金一般发生共晶反应，形成低熔点共晶液相反应层，实现界面结合。但这种瞬时液相扩散连接目前存在的主要问题是接头结合强度较低。由于采用异种材料作为中间层，极易造成接头界面处形成金属间化合物，增大了脆性倾向，对接头性能有很大影响。由于铝合金表面形成的致密氧化膜非常稳定，真空焊接过程中非常难去除，没有中间层的前提下，即使通过加压变形也难以完全去除，阻碍了界面原子间相互扩散，形成的接头强度非常低。虽然可以通过提高焊接压力的方式增大焊缝强度，但也导致了构件焊接精度变差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种无中间层的铝合金扩散连接方法，在铝合金待焊表面涂覆一层活化保护剂并结合梯度加压方法进行扩散连接，实现铝合金高强高精度直接扩散连接。

本发明解决技术的方案是：

一种无中间层的铝合金扩散连接方法，该方法的步骤包括：

S1、在铝合金两个待焊表面处理清洗后立即均匀涂覆一层活化保护剂，所述活化保护剂由纯镁粉和二乙二醇二甲醚混合制备；

S2、将涂覆活化保护剂的两个待焊面装配对齐并放入上下模具中，进行型面定位和预夹紧，再整体放入真空炉内；

S3、对炉体抽真空至5×10^-3Pa后开始加热，以10～15℃/min的加热速率对炉内进行升温，当温度升至570～580℃时保温10～20min，通过炉体上压头对待焊表面施加0.1～0.5MPa的预压力，保温10～30min后降温，待温度降至500～540℃时继续保温，将压力升高至1～3MPa，保压1～5h进行等温扩散焊，使待焊面发生扩散连接；

S4、扩散焊保压时间结束后，随炉冷却至300～400℃时抬起上压头卸载压力，温度降至室温后取出工件。

优选的，S1中，铝合金两个待焊表面处理清洗方法为：经清洗去油后用砂纸打磨待焊面去除氧化膜，并形成粗糙度Ra0.8～3.2的表面，再用喷砂方式处理表面，形成均匀细小的微米级凹坑，经过酒精超声波清洗进一步去除表面杂质。

优选的，S1中，活化保护剂采用纯镁粉和二乙二醇二甲醚混合制备，其中纯镁粉质量百分比为2～5％，其余为二乙二醇二甲醚，按比例混合均匀制备活化保护剂，混合过程在氮气氛围操作箱中进行。

优选的，活化保护剂中纯镁粉颗粒度为30～80μm。经酸洗、水洗和真空干燥，氧含量低于100mg/kg后用于制备活化保护剂。

优选的，纯镁粉经酸洗、水洗和真空干燥，氧含量低于100mg/kg后用于制备活化保护剂。