專利名稱：鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種釬焊方法。
背景技術：
目前涉及鋁合金的常用焊接方法主要有熔化焊、電阻點焊及滾焊、擴散焊、 釬焊、以及接觸反應釬焊方法。但是熔焊的最大問題是難以實現(xiàn)高精度連接， 并且焊接位置常常受到結構的限制，且不適合于大面積連接應用；電阻點焊及 滾焊焊接時需要龐大、復雜的設備，此種方法一般只用于焊接厚度在4mm以 下的鋁合金薄板，針對厚板焊接具有一定的困難；釆用擴散焊時由于鋁合金熔
點低，無固態(tài)相變以及表面覆蓋有致密穩(wěn)定的Al203氧化膜，所以其固相擴散
焊接頭焊合率低，機械性能差；采用釬焊的方法由于鋁合金表面有一層極為致 密、性能穩(wěn)定、熔點高的Al203氧化膜，易造成未熔合和焊縫夾雜，鋁合金釬 焊時需要破壞這層膜，否則熔化的釬料不能潤濕母材，因此經(jīng)常采用釬劑的作 用以去除氧化膜，焊后需進行清理，并且仍然存在氣孔、"大、小包圍"等缺 陷難以實現(xiàn)高致密性連接，釬透率(焊合率) 一般低于80%;接觸反應釬焊是 一種依靠連接材料之間或連接材料與中間層材料之間的冶金反應(如共晶反應) 產(chǎn)生液相來實現(xiàn)連接的工藝方法，它避免了常規(guī)釬焊工藝中液態(tài)釬料宏觀填縫 過程所引起的"大、小包圍"現(xiàn)象，因此釬縫致密性較高，適合于大面積精密部 件的連接場合，但是由于共晶接觸反應釬焊不施加釬劑，盡管釬焊前進行嚴格 清洗，亦難免在釬焊過程再次形成致密氧化膜，從目前的報道來看，采用單一 中間層的方式去膜能力有限，且產(chǎn)生的液相量難于控制，這樣一方面容易導致 釬縫的不致密性缺陷，連接強度較低，另外很難實現(xiàn)精密連接中對液相量的精 確控制，焊合率一般很難達到95%以上，實現(xiàn)無缺陷的焊接更是極其困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為了解決現(xiàn)有焊接方法難以控制焊接精度 和焊合率低的問題，提供了一種鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法。
本發(fā)明鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下 一、將預置了 Zn/Cu復合層的鋁合金與待連接件組成待連接工件組，其中鋁合金的待連接面按順序鍍有
2nm 3^im厚的Zn層和6pm 10nm厚的Cu層；二、將待連接工件組置于釬
焊爐中，在真空度不低于1.33xl(T3Pa或純度濃度為99.999% (體積)的高純
氬氣保護、連接面壓力為0.02MPa的條件下，第一次加熱至40(TC 42(TC、
保溫10min 20min，然后第二次加熱至520°C 540°C、保溫20min 60min，
停止加熱，再隨爐冷卻至20(TC 5(rC，然后取出連接后的工件組，在空氣中
冷卻至室溫，即完成釬焊。
本發(fā)明方法中步驟一所述的鋁合金為6063鋁合金或7005鋁合金；步驟一
所述的待連接件為6063鋁合金、7005鋁合金、紫銅或硼酸鋁晶須增強鋁基復
合材料；其中6063鋁合金的待連接面按順序鍍有2Mm 3Mm厚的Zn層和
6Mm 10nm厚的Cu層，7005鋁合金的待連接面按順序鍍有2拜 3拜厚的
Zn層和6nm 10Mm厚的Cu層。 '
本發(fā)明采用Zn/Cu復合中間層作為液相產(chǎn)生源，首先在Zn-Al共晶溫度以
上(400°C 420°C)溫區(qū)進行一次保溫，利用Zn-Al共晶形成液相的皮下潛流
特性進行鋁合金表面的"預清潔"處理進行氧化膜破除，然后在520aC 540°C
溫區(qū)進行再次保溫，利用Cu的溶解，及其在鋁合金表面的晶界優(yōu)先擴散(晶
間滲透效應)所起到的反應鋪展作用進行"二次去膜"，并利用接頭中形成的
Zn-Al-Cu三元共晶液相完整地填充釬縫間隙，保溫過程中Zn、 Cu元素向鋁合
金母材中大量擴散，使接頭達到冶金結合，冷卻后形成致密的釬縫組織，使焊
接后的接頭抗剪強度達到鋁合金母材強度的90%以上，釬透率(焊合率)達到
98%以上。由于待連接面具有Zn/Cu復合中間層的鋁合金中的復合中間層采用
化學浸鍍和電鍍的形式制得，所以中間層厚度均勻，避免了手工涂抹釬料的不
均勻缺點，焊接后成型美觀。本發(fā)明方法連接過程中施加的壓力小、連接溫度
低、母材變形小，焊接精度高，適合于高精度構件的連接。本發(fā)明方法適用的
接頭形式多樣，可以采用對接、搭接、T型接頭等任意形式，并且不受結構因
素的影響，適合于連接具有復雜腔體結，的產(chǎn)品。


圖1是具體實施方式
十一所得連接后的工件組接頭的掃描電鏡照片。圖2 是具體實施方式
十三所得連接后的工件組接頭的掃描電鏡照片。
具體實施方式
本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式中鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下一、 將預置了 Zn/Cu復合層的鋁合金與待連接件組成待連接工件組，其中鋁合金的 待連接面按順序鍍有2nm 3nm厚的Zn層和6pm 10nm厚的Cu層；二、將 待連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33xlO—3Pa或純度濃度為 99.999% (體積)的高純氬氣保護、連接面壓力為0.02MPa的條件下，第一次 加熱至40(TC 42(TC、保溫10 min 20min，然后第二次加熱至520°C 540 °C、保溫20min 60min，停止加熱，再隨爐冷卻至200°C 5(TC,然后取出連 接后的工件組，在空氣中冷卻至室溫，即完成釬焊。
本實施方式中鋁合金是由鋁合金化學浸鍍2nm 3pm厚的Zn層，再在Zn 層外電鍍厚度為6拜 10^im的Cu層得到的。所述的化學浸鍍和電鍍可采用 現(xiàn)有工藝進行。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述的鋁 合金為6063鋁合金或7005鋁合金。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一所述 的待連接件為6063鋁合金、7005鋁合金、紫銅或硼酸鋁晶須增強鋁基復合材 料；其中6063鋁合金的待連接面按順序鍍有2pm 3nm厚的Zn層和6叫 10nm厚的Cu層，7005鋁合金的待連接面按順序鍍有2|om 3^im厚的Zn層 和6nm 10nm厚的Cu層。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同的是步驟二中第一次 加熱的溫度為41(TC、保溫時間為15min。其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二或四不同的是步驟二 中第二次加熱的溫度為525。C 535-C、保溫時間為25min 55min。其它與具 體實施方式一、二或四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二或四不同的是步驟二
中第二次加熱的溫度為53(TC、保溫時間為30min。其它與具體實施方式
一、 二或四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一、二、四或六不同的是步驟一中鋁合金的待連接面的Zn層厚度為2.5pm。其它與具體實施方式
一、二、 四或六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟一中鋁合金 的待連接面的Cu層厚度為6.5nm 9.5Mm。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟一中鋁合金 的待連接面的Cu層厚度為8nm。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一、二、四、六或八不同的 是步驟二中所述的真空度為1.0xl(T3Pa 1.0xl(r5Pa。其它與具體實施方式
一、 二、四、六或八相同。
具體實施方式
十一本實施方式中鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下 一、將6063鋁合金與6063鋁合金組成待連接工件組，其中6063鋁合金的待 連接面按順序鍍有2^rn 3pm厚的Zn層和6nm 10nm厚的Cu層；二、將待 連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33xl(T3Pa、連接面壓力為 0.02MPa的條件下，第一次加熱至400°C、保溫10 min，然后第二次加熱至520 °C、保溫60min，停止加熱，再隨爐冷卻至150°C,然后取出連接后的工件組，
在空氣中冷卻至室溫，即完成釬焊.。
經(jīng)剪切試驗測定本實施方式中所得連接后的工件組的接頭抗剪強度可達 到107.9MPa，達到母材強度的90.6% (母材強度為119MPa),從圖1中可以 發(fā)現(xiàn)釬縫組織極其致密，未發(fā)現(xiàn)任何夾雜、氣孔等缺陷，接頭釬透率(焊合率) 可達到98%以上。 w
具體實施方式
十二本實施方式中鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下 一、將7005鋁合金與7005鋁合金組成待連接工件組，其中7005鋁合金的待 連接面按順序鍍有2nm 3pm厚的Zn層和6pm l(Him厚的Cu層；二、將待 連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33xl(T3Pa、連接面壓力為 0.02MPa的條件下，第一次加熱至400°C、保溫10 min，然后第二次加熱至520 'C、保溫60min，停止加熱，再隨爐冷卻至15(TC，然后取出連接后的工件組， 在空氣中冷卻至室溫，即完成釬焊.。
經(jīng)剪切試驗測定本實施方式中所得連接后的工件組的接頭抗剪強度可達 到104.6MPa，達到母材強度的卯.2% (母材強度為116MPa)，釬縫組織極其致密，未發(fā)現(xiàn)任何夾雜、氣孔等缺陷，接頭釬透率(焊合率)可達到98%以上。
具體實施方式
十三本實施方式中鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下 一、將6063鋁合金與硼酸鋁晶須增強鋁基復合材料組成待連接工件組，其中 6063鋁合金的待連接面按順序鍍有2Mm 3pm厚的Zn層和6^im 10nm厚的 Cu層；二、將待連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33xl(T3Pa、連 接面壓力為0.02MPa的條件下，第一次加熱至400。C、保溫10min,然后第二 次加熱至52(TC、保溫60min，停止加熱，再隨爐冷卻至150°C，然后取出連 接后的工件組，在空氣中冷卻至室溫，即完成釬焊.。
經(jīng)剪切試驗測定本實施方式中所得連接后的工件組的接頭抗剪強度可達 到109.4MPa，達到母材強度的91.9%，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)釬縫組織極其致密， 未發(fā)現(xiàn)任何夾雜、氣孔等缺陷，接頭釬透率(焊合率)可達到99%以上。
具體實施方式
十四本實施方式中鋁合金兩級接觸反應釬焊的方法如下 一、將6063鋁合金與紫銅組成待連接工件組，其中6063鋁合金的待連接面按 順序鍍有2nm 3Mm厚的Zn層和6pm 10^im厚的Cu層；二、將待連接工件 組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33xl(T3Pa、連接面壓力為0.02MPa的條 件下，第一次加熱至400°C 、保溫10 min，然后第二次加熱至520°C 、保溫60min， 停止加熱，再隨爐冷卻至15(TC，然后取出連接后的工件組，在空氣中冷卻至 室溫，即完成釬焊.。
經(jīng)剪切試驗測定本實施方式中所得連接后的工件組的接頭抗剪強度可達 到107.5MPa，達到鋁合金母材強度的90.3%,釬縫組織極其致密，未發(fā)現(xiàn)任 何夾雜、氣孔等缺陷，接頭釬透率(焊合率)可達到99%以上。
權利要求
1、鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征在于鋁合金兩級接觸反應釬焊方法如下一、將預置了Zn/Cu復合層的鋁合金與待連接件組成待連接工件組，其中鋁合金的待連接面按順序鍍有2μm～3μm厚的Zn層和6μm～10μm厚的Cu層；二、將待連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33×10-3Pa或濃度為99.999％(體積)的高純氬氣保護、連接面壓力為0.02MPa的條件下，第一次加熱至400℃～420℃、保溫10min～20min，然后第二次加熱至520℃～540℃、保溫20min～60min，停止加熱，再隨爐冷卻至200℃～50℃，然后取出連接后的工件組，在空氣中冷卻至室溫，即完成釬焊。
2、 根據(jù)權利要求1所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征在于 步驟一所述的鋁合金為6063鋁合金或7005鋁合金。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征 在于步驟一所述的待連接件為6063鋁合金、7005鋁合金、紫銅或硼酸鋁晶須 增強鋁基復合材料；其中6063鋁合金的待連接面按順序鍍有2Mm 3pm厚的 Zn層和6nm 10拜厚的Cu層，7005鋁合金的待連接面按順序鍍有2pm 3 pm 厚的Zn層和6Mm 10nm厚的Cu層。
4、 根據(jù)權利要求3所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征在于 步驟二中第一次加熱的溫度為41(TC、保溫時間為15min。
5、 根據(jù)權利要求l、 2或4所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特 征在于步驟二中第二次加熱的溫度為525°C 535°C、保溫時間為25min 55min。
6、 根據(jù)權利要求l、 2或4所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特 征在于步驟二中第二次加熱的溫度為53(TC、保溫時間為30min。
7、 根據(jù)權利要求l、 2、 4或6所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法， 其特征在于步驟一中鋁合金的待連接面的Zn層厚度為2.5Mm。
8、 根據(jù)權利要求7所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征在于 步驟一中鋁合金的待連接面的Cu層厚度為6.5nm 9.5^im。
9、 根據(jù)權利要求7所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，其特征在于 步驟一中鋁合金的待連接面的Cu層厚度為8拜。
10、 根據(jù)權利要求l、 2、 4、 6或8所述的鋁合金兩級接觸反應的釬焊方 法，其特征在于步驟二中所述的真空度為1.0xl(T3Pa 1.0xlO-5Pa。
全文摘要
鋁合金兩級接觸反應的釬焊方法，它涉及一種釬焊方法。本發(fā)明利用Zn/Cu復合中間層作為液相產(chǎn)生源，解決了現(xiàn)有焊接方法難以控制焊接精度和焊合率低的問題。本發(fā)明方法如下將預置了Zn/Cu復合層的鋁合金和待連接件組成待連接工件組置于釬焊爐中，在真空度不低于1.33×10^-3Pa或純度為99.999％(體積)高純氬氣保護、連接面壓力為0.02MPa的條件下，加熱、保溫，然后再加熱、保溫，停止加熱，再隨爐冷卻至200℃～50℃，然后取出連接后的工件組，完成釬焊過程。采用本發(fā)明方法焊接后的接頭抗剪強度達到鋁合金母材強度的90％以上，焊合率達到98％以上。
文檔編號B23K1/20GK101579768SQ200910072269
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權日2009年6月12日
發(fā)明者馮吉才, 崔紅軍, 張麗霞, 健 曹 申請人:哈爾濱工業(yè)大學