本發(fā)明屬于金屬加工領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金-k4玻璃異種材料的復(fù)合連接方法。

背景技術(shù)：

由于玻璃屬于非晶體材料，主要為硅氧四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有非常穩(wěn)定的電子配對和很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，與金屬存在本質(zhì)上的不同，要想獲得良好的連接接頭具有較大的難度。同時(shí)，k4玻璃屬于硼硅玻璃的一種，具有優(yōu)良的光學(xué)穩(wěn)定性，抗熱震性和離子導(dǎo)電性能，因此被廣泛應(yīng)用在光學(xué)儀器、傳感器和電子封裝領(lǐng)域。

目前，國內(nèi)外對于玻璃和金屬的連接研究主要集中在玻璃和鋁、銅、可伐合金的連接上，tsann-shyichern對可伐合金在不同溫度和時(shí)間下預(yù)氧化，發(fā)現(xiàn)700℃，5～15min時(shí)，可形成厚度為4～7μm的致密氧化膜（主要feo），氧化膜具有良好的粘附性，可以實(shí)現(xiàn)可伐合金與玻璃的牢固連接。gensasakil研究證實(shí)了al/玻璃鍵合界面的納米晶γ-al2o3起到釘扎作用，從而實(shí)現(xiàn)al/玻璃的有效連接。

由于鈦合金氧化膜的潤濕性較差，傳統(tǒng)封接方法難以實(shí)現(xiàn)鈦合金與玻璃的有效連接，piotrmrozek（anodicbondingofglasseswithinterlayersforfullytransparentdeviceapplications）研究了通過浮法玻璃表面真空蒸鍍納米級ti膜，以ti膜為中間層，采用陽極焊的方法實(shí)現(xiàn)玻璃與玻璃的封接，但是并沒有解決較厚較大的鈦合金塊體與玻璃陽極鍵合時(shí)由于較大內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致連接強(qiáng)度不高的問題，同時(shí)由于在連接過程中ti膜表面發(fā)生氧化，生成氧化膜，所以連接后的工件強(qiáng)度受氧化膜層與ti膜基體的連接強(qiáng)度的嚴(yán)重制約，強(qiáng)度有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金-k4玻璃異種材料的復(fù)合連接方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)解決方案是：

一種鈦合金-k4玻璃異種材料的復(fù)合連接方法，通過真空熱壓的方法將噴砂處理和酸蝕處理之后的鈦合金與k4玻璃實(shí)現(xiàn)機(jī)械互鎖結(jié)合，然后運(yùn)用場致擴(kuò)散連接技術(shù)，施加電場促進(jìn)鈦合金與玻璃接頭附近離子遷移和界面元素?cái)U(kuò)散，實(shí)現(xiàn)金屬與k4玻璃的冶金結(jié)合，降低連接所需溫度，減少焊接時(shí)間，從而達(dá)到減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，提高焊接的效率和焊接強(qiáng)度，其具體步驟為：

先對鈦合金進(jìn)行去污去氧化膜處理，再對其表面進(jìn)行噴砂和酸蝕處理，然后將k4玻璃疊放在鈦合金表面，在真空熱壓爐中，抽真空至2×10^-3-3×10^-3pa，升溫至750℃~850℃，保溫0.5~1h，同時(shí)施加壓力0.5~1mpa，保壓20~30min，保壓結(jié)束之后緩慢降溫至400~500℃，然后在工件兩端施加500~800v電壓，直至電流完全消失即可，最終實(shí)現(xiàn)鈦合金與k4玻璃的復(fù)合連接。

進(jìn)一步的，所述的鈦合金與k4玻璃均為塊體。

進(jìn)一步的，鈦合金為tc4塊體，采用250~300μm的al2o3粉末對鈦合金表面進(jìn)行噴砂處理；采用濃度為5.5-6.0mol/l濃鹽酸、8.5-9.0mol/l濃硫酸的混合酸腐蝕液，于60±10℃下酸蝕處理45-70min。

進(jìn)一步的，抽真空至2×10^-3~3×10^-3pa后，升溫至780℃，同時(shí)施加壓力0.5mpa。

進(jìn)一步的，保壓結(jié)束之后緩慢降溫至450℃，在工件兩端施加600v電壓。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1）采用真空熱壓，一方面可以實(shí)現(xiàn)k4玻璃和鈦合金的緊密接觸，有助于場致擴(kuò)散連接過程中的離子遷移與元素?cái)U(kuò)散，另一方面，對鈦合金表面進(jìn)行噴砂和酸蝕處理之后，通過真空熱壓，實(shí)現(xiàn)k4玻璃和鈦合金的機(jī)械互鎖結(jié)合，有利于提高最后焊件的連接強(qiáng)度。（2）通過場致擴(kuò)散連接技術(shù)工作溫度低，焊接時(shí)間短的特點(diǎn)，極大的降低工件殘余應(yīng)力的影響，同時(shí)提高焊接效率，實(shí)現(xiàn)k4玻璃與鈦合金的冶金結(jié)合，提高k4玻璃與鈦合金的連接強(qiáng)度。（3）本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)真空熱壓和場致擴(kuò)散的連續(xù)作業(yè)，真正做到真空熱壓方法和場致擴(kuò)散連接技術(shù)復(fù)合使用，從而極大的減少內(nèi)應(yīng)力，提高連接強(qiáng)度，提升焊接效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鈦合金-k4玻璃異種材料的復(fù)合連接工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1，首先分別對k4玻璃和鈦合金進(jìn)行表面清洗，再對鈦合金單獨(dú)進(jìn)行噴砂和酸蝕處理，然后將k4玻璃疊放在鈦合金上，放入真空爐中進(jìn)行熱壓處理，最后進(jìn)行場致擴(kuò)散連接，從而實(shí)現(xiàn)k4與鈦合金的有效連接。

實(shí)施例1

首先對直徑60mm，厚度為6mm的tc4鈦合金進(jìn)行表面去污去氧化膜處理，然后采用250μm的al2o3粉末斜對鈦合金表面進(jìn)行長達(dá)20min的噴砂處理，然后放置在60℃的腐蝕液（濃度為5.8mol/l濃鹽酸與8.96mol/l濃硫酸）中浸泡一小時(shí)，再取出超聲清洗即可，對同樣大小的k4玻璃也進(jìn)行超聲清洗，將k4玻璃疊放在tc4表面，放入真空熱壓爐中，將真空抽至2×10^-3pa，以10℃/min的速度升溫至750℃，保溫30min，保證爐內(nèi)工件溫度均勻，然后對工件施加1mpa的壓力，半小時(shí)之后，卸載壓力，將爐內(nèi)溫度以5℃/min的速度緩降至450℃，對上壓頭所接負(fù)極，工作臺所接的正極施加電壓500v，觀測電流顯示，直至電流完全消失，即可關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫，觀察所得tc4鈦合金與k4玻璃實(shí)現(xiàn)100%的結(jié)合率，同時(shí)接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)到23mpa。

實(shí)施例2

同樣對直徑為60mm，厚度為6mm的圓形tc4鈦合金進(jìn)行表面去污去氧化膜處理，然后采用250μm的al2o3粉末斜對鈦合金表面進(jìn)行長達(dá)20min的噴砂處理，然后放置在60℃的腐蝕液（濃度為5.8mol/l濃鹽酸與8.96mol/l濃硫酸）中浸泡一小時(shí)，再取出超聲清洗即可，對同樣大小的k4玻璃也進(jìn)行超聲清洗，將玻璃疊放在tc4表面，放入真空熱壓爐中，將真空抽至2×10^-3pa，以10℃/min的速度升溫至780℃，保溫30min，保證爐內(nèi)工件溫度均勻，為保證工件變形量以及防止玻璃碎裂，施加壓力減小為0.5mpa，半小時(shí)之后，卸載壓力，將爐內(nèi)溫度以5℃/min的速度緩降至450℃，對上壓頭所接負(fù)極，工作臺所接的正極施加電壓500v，觀測電流顯示，直至電流完全消失，即可關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。同樣進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)的tc4與k4玻璃的接頭強(qiáng)度可達(dá)25mpa，同時(shí)保證兩者結(jié)合率100%。

實(shí)施例3

對直徑為75mm，厚度為8mm的圓形tc4鈦合金進(jìn)行表面清洗，然后采用250μm的al2o3粉末斜對鈦合金表面進(jìn)行長達(dá)20min的噴砂處理，同樣放置在60℃的腐蝕液（濃度為5.8mol/l濃鹽酸與8.96mol/l濃硫酸）中浸泡一小時(shí)，再取出超聲清洗即可，對同樣大小的k4玻璃也進(jìn)行超聲清洗，將玻璃疊放在tc4表面，放入真空熱壓爐中，將真空抽至2×10^-3pa，以10℃/min的速度升溫至780℃，保溫30min，保證爐內(nèi)工件溫度均勻，施加壓力依然為0.5mpa，半小時(shí)之后，卸載壓力，同時(shí)將爐內(nèi)溫度以5℃/min的速度緩降至450℃，對上壓頭所接負(fù)極，工作臺所接的正極施加電壓升至600v，電流完全消失，即可關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。最終得到100%的結(jié)合率以及大約28mpa的剪切強(qiáng)度。