[发明专利]一种预置中间层的异种金属搅拌摩擦焊方法

说明书

一种预置中间层的异种金属搅拌摩擦焊方法，所属搅拌摩擦焊领域，本发明方法首先在铝‑铜、铝‑钢或铜‑钢异种金属之间的待焊接界面处预置Al_xCoCrFeNiCu高熵合金中间层，而后对待焊接界面实施搅拌摩擦焊接；本发明方法通过高熵合金的强晶格畸变效应和元素缓慢扩散效应，能够有效削弱在焊接过程中发生的异类元素偏聚，从而抑制了异种金属焊接接头中的硬脆性金属间化合物的形成，同时基于焊接界面处形成的多种强化方式的共同作用，获得高强度的焊接接头。本发明方法操作简单，具有良好的可实现性，适用于大范围推广应用。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，特别涉及一种预置中间层的异种金属搅拌摩擦焊方法。

背景技术

铝-铜、铝-钢、铜-钢等异种金属材料在焊接时，由于物理化学性能和力学性能差异巨大，通过传统焊接方法难以得到优质的焊接接头。主要原因在于，传统熔化焊容易形成气孔、裂纹等缺陷，大幅降低了接头性能；而钎焊和扩散焊等方法主要适用于小尺寸搭接结构的焊接，且易在焊接界面处形成硬脆性金属间化合物，存在着可适用范围窄、接头强度较低的技术局限性。

为了获得高性能的异种金属焊接接头，摩擦焊、热轧焊和爆炸焊等固相连接方法得到了人们的广泛关注；特别是搅拌摩擦焊技术，由于其高效率、高度自动化、绿色环保等优点，近年来在异种金属的焊接中得到了广泛的研究与应用。当使用搅拌摩擦焊焊接异种金属时，可能产生的金属间化合物同样是影响接头性能的主要因素。为了减少金属间化合物的形成，目前研究者们改进了搅拌摩擦焊的方法和工艺。例如，文献《J.Manuf.Process.57(2020)363-369》在铝-铜异种金属焊接中，采用高转速且搅拌针不扎入下层铜板的工艺来减少铝-铜金属间化合物的产生；文献《J.Manuf.Process.34(2018)451-462》采用搅拌摩擦扩散焊方法，在铝-钢界面处形成了极薄的金属间化合物层，实现了铝-钢异种金属的连接；文献《J.Mater.Process.Tech.213(2013)69-74》在铜-钢界面处放置了镀镍中间层，从而在搅拌摩擦焊时削弱了对接头力学性能危害较大的金属间化合物的生成。虽然这些方法对于提高异种金属焊接接头的力学性能起到了积极作用，但是依然不可避免金属间化合物的产生，即对接头性能的不利影响因素仍然存在。

发明内容

针对异种金属常规搅拌摩擦焊接头中易形成硬脆性金属间化合物，从而导致焊接接头力学性能下降的问题，本发明提供一种预置中间层的异种金属搅拌摩擦焊方法，在铝-铜、铝-钢、铜-钢的异种金属的待焊接界面处放置Al_xCoCrFeNiCu高熵合金，通过高熵合金的强晶格畸变效应，削弱在焊接过程中发生的元素偏聚，同时，通过高熵合金的高熵效应和“鸡尾酒”效应，促进性能优异的固溶体结构的形成，从而达到显著抑制界面硬脆性金属间化合物的形成并提升异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的目的。其具体技术方案如下：

一种预置中间层的异种金属搅拌摩擦焊方法，包含如下步骤：

步骤1，焊前清理：

采用砂纸和无水乙醇试剂对第一初始板材、第二初始板材和中间层进行打磨清洗，去除第一初始板材、第二初始板材和中间层的表面油污、杂质及表面氧化膜；

步骤2，装夹定位：

将中间层放置于第一初始板材和第二初始板材的待焊接界面之间，组成待焊接结构，然后将待焊接结构放置于焊机工作台上，采用夹具进行装卡定位，使中间层与第一初始板材和第二初始板材的接触面的最大间隙≤0.02mm；

所述中间层为Al_xCoCrFeNiCu高熵合金，其中，x＝0.1～1.0；