專利名稱：利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非晶合金重熔冶金方法，具體說是涉及一種利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法。該方法是利用市售的鐵基、鎳基、銅基及其它非晶合金箔為主要成分，疊加重熔制備多組元中間層。
背景技術(shù)：
近年來隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新材料的不斷出現(xiàn)，在生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)常遇到新材料本身或與其他材料的連接問題。然而這些新材料，如陶瓷、金屬間化合物、非晶態(tài)材料、單晶合金及復(fù)合材料等，用傳統(tǒng)的熔焊方法很難實現(xiàn)可靠的連接；另外一些特殊的高性能構(gòu)件的制造，往往要求把性能差別較大的異種材料，如金屬與陶瓷、鋁與鋼，金屬與玻璃等連接在一起，這用傳統(tǒng)的熔焊方法也難以實現(xiàn)。因此，這些材料的連接所涉及的范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)熔焊的概念。瞬時液相擴(kuò)散焊(簡稱TLP擴(kuò)散連接)是先進(jìn)材料連接的一種有效方法，瞬時液相擴(kuò)散連接具有接頭質(zhì)量好；工件變形小，焊接無殘留等優(yōu)點(diǎn)。中間層合金是TLP擴(kuò)散連接過程最主要的影響因素之一。中間層合金成分是決定焊接接頭的性能以及決定焊接時間長短，提高效率的主要因素，所以中間層的選擇是一個關(guān)鍵且相對困難的過程，并且中間層的形狀對整個過程也有很大的影響。作為中間層合金必須包含一些特殊的元素成分，主要考慮以下性能:中間層的化學(xué)成分要和母材接近，需添加一些降熔元素來保證中間層合金的液相線溫度低于母材金屬，并且這些降溶元素必須在母材中有一定的溶解度和擴(kuò)散性。中間層合金不僅要保證焊接接頭的機(jī)械性能滿足使用要求，同樣要保證化學(xué)性能，如氧化和抗腐蝕能力，中間層不能含有可能造成接頭脆化或其他對接頭不利的雜質(zhì)元素，防止在焊接過程中生成金屬間化合物等脆生相。中間層必須容易形成薄膜，這樣才能更容易的放在待焊接母材的中間且容易實現(xiàn)潤濕鋪展，目前主要的中間層合金形狀有粉狀、膏狀、帶狀和非晶合金箔狀。其中非晶合金箔狀中間層，成分均勻，潤濕性好，含雜質(zhì)少，是目前最有前途的中間層形狀和發(fā)展方向。目前工業(yè)用非晶合金箔通常都是通過熔煉-快速凝固制得，由于非晶形成能力的限制，能夠通過快速凝固制得的非晶合金箔市售的并不多，能夠作為瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的數(shù)量有限。因此，一方面利用現(xiàn)有的非晶材料做瞬時液相擴(kuò)散連接的中間層，另一方面，需要一種新的方法，把兩種或兩種以上的非晶合金箔合成一種新的成分的中間層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是根據(jù)瞬時液相連接工藝需要，針對現(xiàn)有非晶合金箔種類不足而提供的一種新的利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法。本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實現(xiàn):
本發(fā)明利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法采用以下步驟來實
現(xiàn):
a、根據(jù)需要連接的工件材料成分選取兩種或三種化學(xué)成分與需要連接的工件材料成分接近的不同合金體系的非晶合金箔；
b、把選擇好的非晶合金箔疊加在一起放置在需要連接的工件連接界面之間的間隙
內(nèi)；
C、在工件上施加3-6MPa壓力，用氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)，通過電磁感應(yīng)加熱，加熱速率為100-135°C /s，加熱到重熔合金化溫度；
d、在重熔合金化溫度高于瞬時液相擴(kuò)散連接溫度30-50°C時，形成所需要的瞬時液相連接液態(tài)中間層，保溫20-40S ;然后迅速降到連接溫度進(jìn)行擴(kuò)散連接，經(jīng)過3 5min保溫形成結(jié)合良好的接頭。本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明通過冶金過程制備多組元、低熔點(diǎn)、高純度的中間層合金，且所采用的非晶合金箔帶為市售的價格低廉產(chǎn)品，通過裁剪、裝配、加壓和感應(yīng)加熱，在高于連接溫度30-50 V條件下實現(xiàn)不同成分非晶合金箔的重熔，而后直接通過瞬時液相擴(kuò)散連接工藝形成接頭。相比現(xiàn)有技術(shù)具有方法簡便、成本低和效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以解決現(xiàn)有中間層成分組元構(gòu)成不合理的現(xiàn)象，使得中間層的重熔制備與連接過程合二為一，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。


圖1是實施例1的接頭組織圖。圖2是實施例2的接頭組織圖。
具體實施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實例作進(jìn)一步詳述，但并不限制本發(fā)明。實施例1
本實施例使用鎳基釬料BNi2、鐵基非晶合金箔Fe78Si9B13重熔形成一種新的鐵鎳基中間層，用來瞬時液相擴(kuò)散連接T91耐熱鋼管，鋼管外徑63.5mm，壁厚3.5mm。該方法包括以下步驟:
精車耐熱鋼連接端面，把BNi2、Fe78Si9B13非晶合金箔剪成與鋼管尺寸一致的圓環(huán)，用酒精或丙酮清潔連接端面和中間層，把兩種中間層疊加在一起放置在不銹鋼管連接端面，裝夾在瞬時液相擴(kuò)散連接機(jī)上，連接壓力4MPa，氬氣保護(hù)，用中頻感應(yīng)電源，感應(yīng)器形狀與鋼管外形一致。采用熱電偶測溫，PLC控制溫度。加熱到1270°C使BNi2和Fe78Si9B13發(fā)生重熔并進(jìn)行冶金合金化，冶金反應(yīng)時間30s，然后降溫到1230°C進(jìn)行瞬時液相擴(kuò)散連接，擴(kuò)散連接時間為4min。形成的接頭組織如圖1所示。實施例2
本實施例使用三層非晶箔片重熔形成一種新的成分中間層，鎳基釬料BNi2位于中間，F(xiàn)e78Si9B13非晶箔位于BNi2兩側(cè)，用來瞬時液相擴(kuò)散連接TP304H/12Cr2MoV異種耐熱鋼管，鋼管外徑63.5_，壁厚3.5_。該方法包括以下步驟:
精車耐熱鋼連接端面，把BNi2、Fe78Si9B13非晶合金箔剪成與鋼管尺寸一致的圓環(huán)，用酒精或丙酮清潔連接端面和中間層，BNi2非晶箔位于中間，F(xiàn)e78Si9B13非晶箔置于BNi2兩側(cè)疊加在一起放置在TP304H/12Cr2MoV鋼管連接端面，裝夾在瞬時液相擴(kuò)散連接機(jī)上，連接壓力6MPa，氬氣保護(hù)，用中頻感應(yīng)電源，感應(yīng)器形狀與鋼管外形一致。采用熱電偶測溫，PLC控制溫度。加熱到1260°C使BNi2和Fe78Si9B13發(fā)生重熔并進(jìn)行冶金合金化，冶金反應(yīng)時間40s，然后降溫到1220°C進(jìn)行瞬時液相擴(kuò)散連接，擴(kuò)散連接時間為4min。形成的接頭組織如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法，其特征在于:該方法采用以下步驟來實現(xiàn): a、根據(jù)需要連接的工件材料成分選取兩種或三種化學(xué)成分與需要連接的工件材料成分接近的不同合金體系的非晶合金箔； b、把選擇好的非晶合金箔疊加在一起放置在需要連接的工件連接界面之間的間隙內(nèi)； C、在工件上施加3_6MPa壓力，用氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)，通過電磁感應(yīng)加熱，加熱速率為100-135°C /s，加熱到重熔合金化溫度； d、在重熔合金化溫度高于瞬時液相擴(kuò)散連接工藝溫度30-50°C時，形成所需要的瞬時液相連接液態(tài)中間層，保溫20-40S ;然后迅速降到連接溫度進(jìn)行擴(kuò)散連接，經(jīng)過3 5min保溫形成結(jié)合良好的接頭。
全文摘要
一種利用非晶重熔合金化制備瞬時液相擴(kuò)散連接中間層的方法，包括以下步驟a.根據(jù)需要連接的工件材料成分選取兩種或三種不同合金體系的非晶合金箔；b.把選擇好的非晶合金箔疊加在一起放置在需要連接的工件連接界面之間的間隙內(nèi)；c.在工件上施加3-6MPa壓力，用氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)，通過電磁感應(yīng)加熱，加熱速率為100-135℃/s，加熱到重熔合金化溫度；d.在重熔合金化溫度高于瞬時液相擴(kuò)散連接溫度30-50℃時，形成所需要的瞬時液相連接液態(tài)中間層，保溫20-40s；然后迅速降到連接工藝溫度進(jìn)行擴(kuò)散連接，經(jīng)過3～5min保溫形成結(jié)合良好的接頭。
文檔編號B23K20/02GK103084727SQ20131005831
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者陳思杰, 唐恒娟, 趙丕峰 申請人:河南理工大學(xué)