一種超聲波輔助過渡液相連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波輔助過渡液相連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著航空航天、空間技術(shù)、精密制造業(yè)的快速發(fā)展，使得連接技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。瞬間液相連接技術(shù)自被開發(fā)以來在彌散強(qiáng)化合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、異種金屬以及新型材料的連接中被大量使用。瞬間液相連接由于變形量小，連接時(shí)去除表面氧化膜容易，使其優(yōu)于擴(kuò)散連接；瞬間液相連接的接頭化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)能夠與母材均勻一致，又使其優(yōu)于釬焊。該技術(shù)綜合了固相擴(kuò)散連接和釬焊的優(yōu)點(diǎn)，可獲得優(yōu)異的接頭組織與性能，近年來引起了國內(nèi)外諸多領(lǐng)域的大量關(guān)注，并獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]瞬間液相連接的原理在母材間加入中間層，在低于母材熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行保溫，利用中間層的自身熔化或與母材發(fā)生共晶反應(yīng)在連接界面上形成一定數(shù)量的液相，同時(shí)由于液相的作用使擴(kuò)散加速，液相中降低熔點(diǎn)的元素迅速向基體擴(kuò)散，使得結(jié)合界面化學(xué)成分明顯改變，相平衡中的液相減少，導(dǎo)致在一定溫度下保溫一段時(shí)間結(jié)合界面實(shí)現(xiàn)等溫凝固。經(jīng)過等溫凝固、固相成分均勻化，最后得到與母材化學(xué)成分和組織均勻一致的接頭并獲得連續(xù)的接合面組織。1974年Duvail D S首次提出了瞬間液相連接的概念和機(jī)理。國內(nèi)也稱其為過渡液相焊或擴(kuò)散釬焊。瞬間液相連接作為一種新型的精密連接技術(shù)，具有變形小、連接溫度低、殘余應(yīng)力小、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于連接難以熔焊的材料，特別是高溫合金、形狀記憶合金、金屬間化合物及復(fù)合材料等。
[0004]直到目前為止，許多學(xué)者已開發(fā)處各種過渡液相連接方法，例如活性瞬間液相連接、部分瞬間液相連接、非金屬氧化物中間層瞬間液相連接、非夾層瞬間液相連接、溫度梯度瞬間液相連接、雙溫工藝瞬間液相連接、非軸向定壓力瞬間液相連接等等，大多數(shù)焊接方法需要在真空或惰性氣氛下來完成焊接過程。另外焊接過程中所需要的保溫時(shí)間通常較長(zhǎng)，一般需要幾十分鐘甚至更長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有過渡液相連接工藝需要在真空或惰性氣氛下完成，并且耗時(shí)長(zhǎng)的問題，提供一種超聲波輔助過渡液相連接方法。
[0006]本發(fā)明一種超聲波輔助過渡液相連接方法如下:一、將待焊母材進(jìn)行機(jī)械打磨和清洗，然后按“待焊母材-中間材料-待焊母材”的順序組裝，得到待焊組件，其中待焊母材與中間層材料具有低熔共晶；二、將超聲波工具頭垂直施加于待焊組件上，施加壓力為
0.02?5kN，然后加熱，再施加超聲波振動(dòng)Is?lOmin，完成等溫凝固?’三:若等溫凝固時(shí)間大于lOmin，則繼續(xù)升溫，然后再施加超聲波振動(dòng)Is?lOmin，完成等溫凝固；四、在步驟二或步驟三完成等溫凝固后，隨爐冷卻至室溫，即完成。
[0007]本發(fā)明所提出的超聲波輔助過渡液相連接方法，可在大氣條件下完成，并能夠極大地縮短形成固溶體接頭所需要的時(shí)間。與普通超聲波輔助釬焊(借助超聲波在液體中的空化效應(yīng)完成氧化膜破除)相比，本方法借助超聲波在在固體中的聲塑性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)界面氧化膜的破除，超聲波振動(dòng)能夠促使大量的液體擠出，并在空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)以及聲塑性效應(yīng)的綜合作用下加速擴(kuò)散固溶行為，縮短焊接時(shí)間，焊縫填充率可達(dá)95%以上。
【附圖說明】
[0008]圖1為實(shí)施例1連接過程示意圖；
[0009]圖2為實(shí)施例1制備的Mg-Zn-Mg接頭組織結(jié)構(gòu)；
[0010]圖3為實(shí)施例2制備的Mg-Zn-Mg接頭組織結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種超聲波輔助過渡液相連接方法如下:一、將待焊母材進(jìn)行機(jī)械打磨和清洗，然后按“待焊母材-中間材料-待焊母材”的順序組裝，得到待焊組件，其中待焊母材與中間層材料具有低熔共晶；二、將超聲波工具頭垂直施加于待焊組件上，施加壓力為0.02?5kN，然后加熱，再施加超聲波振動(dòng)Is?lOmin，完成等溫凝固；三:若等溫凝固時(shí)間大于lOmin，則繼續(xù)升溫，然后再施加超聲波振動(dòng)Is?lOmin，完成等溫凝固；四、在步驟二或步驟三完成等溫凝固后，隨爐冷卻至室溫，即完成。
[0012]本實(shí)施方式所提出的超聲波輔助過渡液相連接方法，可在大氣條件下完成，并能夠極大地縮短形成固溶體接頭所需要的時(shí)間。與普通超聲波輔助釬焊(借助超聲波在液體中的空化效應(yīng)完成氧化膜破除)相比，本方法借助超聲波在在固體中的聲塑性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)界面氧化膜的破除，超聲波振動(dòng)能夠促使大量的液體擠出，并在空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)以及聲塑性效應(yīng)的綜合作用下加速擴(kuò)散固溶行為，縮短焊接時(shí)間，焊縫填充率可達(dá)95%以上。
[0013]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:若待焊母材為鎂合金或鎂基復(fù)合材料，則中間層材料為Zn、Cu、Al、Ag或銀銅合金；若待焊母材為鋁合金或鋁基復(fù)合材料，則中間層材料為Zn、Cu、Mg、Ag或銀銅合金；若待焊母材為銅合金或銅基復(fù)合材料，則中間層材料為Zn、Al、Mg或Ag。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0014]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一所述的中間母材采用蒸鍍或?yàn)R射的方式預(yù)置于待焊母材表面。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0015]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一所述的中間材料采用箔片置于兩側(cè)待焊母材之間。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0016]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟二所述的加熱的升溫速率為5?10°C /min。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二所述的加熱的溫度高于待焊母材與中間層材料的低熔共晶的溫度，且低于中間層材料的熔點(diǎn)。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體