一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝的制作方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于侶合金的低烙點(diǎn)有色金屬焊接的攬拌摩擦焊用的攬拌頭及其制 造工藝。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002] 攬拌摩擦焊是一種新興的固相連接技術(shù)，主要通過攬拌頭與被焊工件之間的摩擦 熱來加熱被焊工件，并通過攬拌頭的摩擦、攬拌作用實(shí)現(xiàn)被焊工件之間的連接。由于攬拌摩 擦焊的特殊連接機(jī)理，使得攬拌頭成為攬拌摩擦焊的關(guān)鍵部件，在工作過程中攬拌頭會受 到巨大的機(jī)械力W及高溫的作用，因此對于攬拌頭的高溫穩(wěn)定性及熱強(qiáng)性有著特殊要求。 目前攬拌頭材質(zhì)有不誘鋼、工具鋼、高溫合金W及陶瓷等。攬拌摩擦焊的主要工作對象為 侶、儀等低烙點(diǎn)金屬，工作溫度一般在400-500°C之間，高溫合金和陶瓷等雖然能達(dá)到更高 的工作溫度，但考慮到加工、成本控制的諸多方面的因素，焊接侶、儀等低烙點(diǎn)金屬的攬拌 頭還是W不誘鋼、工具鋼等材質(zhì)為主，通過機(jī)械加工、熱處理等工藝，加工出滿足使用要求 的攬拌頭。如W18-8不誘鋼為例，將棒材原料按圖紙加工成規(guī)定形狀，再通過熱處理或表面 處理等工藝來進(jìn)一步改善攬拌頭的使用性能。運(yùn)樣制作出來的攬拌頭在使用前期能夠很好 的工作，但由于在工作過程中受到機(jī)械力的作用，會對攬拌頭造成十分嚴(yán)重的磨損，致使其 性能急劇下降，出現(xiàn)產(chǎn)熱不均、工作質(zhì)量差等諸多問題，運(yùn)就極大的限制了攬拌頭的使用壽 命。

　　[0003] 因此，現(xiàn)階段急需一種能夠用于侶、儀等低烙點(diǎn)金屬焊接的攬拌頭材料，能夠在保 證工作性能的前提下，提高攬拌頭的使用壽命，運(yùn)對低烙點(diǎn)金屬的焊接具有極為深遠(yuǎn)的意 義。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0004]本發(fā)明的目的是提供一種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，制造攬拌 頭的高氮鋼材料強(qiáng)度高，疲勞壽命長，使得所制造的攬拌頭具有強(qiáng)度高、產(chǎn)熱穩(wěn)定、使用壽 命長的優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足侶合金等低烙點(diǎn)有色金屬對攬拌性能的要求。為達(dá)到此目的，本 發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

　　[0005] -種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，所述制造攬拌頭的髙氮鋼W重 量百分比計由下列元素組成:Mn:16-19%;Cr:20-30%;N:0.5-0.9%;Mo:1.5-2.5%;Ni:< 0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。

　　[0006]優(yōu)選，所述制造攬拌頭的高氮鋼W重量百分比計由下列元素組成：111:16.5-18.5% ；Cr :22-28%；N:0.6-〇.8%；Mo: 1.7-2.3% ；Ni : < 0.2%；S: <0.03%；P: <0.03%； C: <0.03%;Si: <0.4%，余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。

　　[0007]所述的一種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭的制造工藝包含如下步驟：

　　[000引 （1)加熱鍛造:高氮鋼粗胚加熱至900-1000°C之間經(jīng)鍛造加工制成直徑為35mm的 棒材；

　　[0009] (2)退火:高氮鋼棒材加熱至730-750°C之間，保溫2.5-3小時，再緩慢降溫至550-500°C之間，保溫1-1.5小時，最后隨爐冷卻至室溫；

　　[0010] (3)切削：退火高氮鋼棒材切削成直徑為30mm粗胚，按照相應(yīng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)對粗胚進(jìn)行 銳削加工，制得高氮鋼攬拌頭半成品，最后對除攬拌針和軸肩意外的其他部位拋光；

　　[0011] (4)澤火:將攬拌頭加熱至730-750°C后，保溫1.5-2小時，空冷至室溫，將攬拌針與 軸肩位置置于感應(yīng)線圈中，加熱2-2.5s后立即水冷。

　　[0012] 退火過程中爐內(nèi)充入氮?dú)釽減少氮元素溢出，爐內(nèi)壓強(qiáng)維持在2±0.化化左右，感 應(yīng)加熱時，感應(yīng)線圈的頻率控制在750-800曲Z之間。

　　[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

　　[0014] 1)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭的高溫強(qiáng)度高。本發(fā)明中主攬拌頭是W高氮鋼為原料， 高氮鋼中W氮作為強(qiáng)化元素，并通過與儘、鋼等元素的配合，使其在400°C-600°C之間具有 極佳的高溫強(qiáng)度，因此該攬拌頭在400°C-600°C之間高溫性能好。

　　[0015] 2)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭表面狀態(tài)穩(wěn)定。攬拌頭在加工過程中進(jìn)行了表面處理， 使攬拌頭的表面狀態(tài)更加穩(wěn)定，不會因?yàn)槭褂脮r間過長導(dǎo)致攬拌頭表面出現(xiàn)"光化"或"毛 化"現(xiàn)象，造成使用過程中產(chǎn)熱不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題。

　　[0016] 3)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭綜合性價比高。該攬拌頭采用高氮鋼制造而成，加工過 程中對攬拌頭表面進(jìn)行了處理，在最大限度的保持高氮鋼性能的同時有改善了攬拌頭的表 面狀態(tài)，使得所制造的攬拌頭具有很好綜合性能。而高氮鋼主要W氮作為強(qiáng)化元素，極大的 降低了材料的成本，因此采用高氮鋼制造攬拌頭在價格上具有很大優(yōu)勢。綜上所述高氮鋼 攬拌頭就有非常好的市場價值和應(yīng)用前景。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

　　[0018]本發(fā)明一種攬拌摩擦焊的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，其中攬拌頭的制造工藝包 含如下步驟：

　　[0019] (1)將高氮鋼的粗胚真空加熱到950°C左右，將加熱后的高氮鋼粗胚放入壓膜鍛造 機(jī)中進(jìn)行沖壓鍛造，經(jīng)多次沖壓鍛造之后將高氮鋼粗胚加工成直徑為35mm的高氮鋼棒材；

　　[0020] (2)將鍛造的高氮鋼棒材加熱至750°C，并保溫3小時，再將溫度緩慢降至550°C左 右，保溫1.5小時，最后高氮鋼棒材隨爐冷卻至室溫，整個退火過程中在爐內(nèi)充入氮?dú)庾鳛?保護(hù)氣體，W減少高氮鋼棒材中氮元素的溢出；

　　[0021] (3)先將高氮鋼棒材切割成長度為150mm的短棒，再對其進(jìn)行粗加工，加工成直徑 為30mm的攬拌頭粗胚，按照圖紙的尺寸要求對攬拌頭粗胚進(jìn)行切削加工，最后對攬拌頭的 除攬拌針和軸肩的其他位置進(jìn)行拋光處理；

　　[0022] (4)將所制得攬拌頭加熱至730°C后，保溫1.5小時后空冷至室溫，再對攬拌頭的軸 肩和攬拌著進(jìn)行表面澤火處理，將攬拌針和軸肩放置在感應(yīng)線圈中，感應(yīng)線圈的頻率設(shè)置 為750曲Z，加熱2s后迅速水冷。

　　[0023]為滿足不同侶合金材料對攬拌頭性能的要求，對制作攬拌頭的高氮鋼成分做出了 調(diào)整，實(shí)施例1-4的具體成分如表1所示：

　　[0024] 表 1

　　[0026]對高氮鋼攬拌頭的抗彎強(qiáng)度，使用壽命進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表2所示。采用6061 侶合金試板對攬拌頭的使用壽命進(jìn)行測試，其中攬拌頭轉(zhuǎn)速為90化/min,焊接速度為80mm/ min。

　　[0027]表 2

　　[0029]本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭主要用于侶及侶合金、儀及儀合金的低烙點(diǎn)有色金屬的焊 接，本攬拌頭強(qiáng)度高，使用壽命長，焊接質(zhì)量好、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合大規(guī)模工業(yè)生 產(chǎn)的應(yīng)用。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1. 一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭，其特征在于，攪拌頭由高氮鋼材料制成，所述高 氮鋼以重量百分比計由下列元素組成 :]\&1:16-19%;0:2〇-30%4:0.5-〇.9%;]\1〇:1.5-2.5%;Ni: <0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不可避 免雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭，其特征在于，所述高氮鋼 材料以重量百分比計由下列元素組成:Mn:16.5-18.5%;Cr:22-28% ;N: 0.6-0.8% ;Mo: 1.7-2.3%;Ni: <0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不 可避免雜質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭的制造工藝，其特征在 于，包含如下制造工藝步驟： (1) 加熱鍛造:高氮鋼粗胚加熱至900-1000°C之間經(jīng)鍛造加工制成直徑為35±lmm的棒 材； (2) 退火：高氮鋼棒材加熱至730-750°C，保溫2.5-3小時，再緩慢降溫至500-550°(3之 間，保溫1-1.5小時，最后隨爐冷卻至室溫； (3) 切削：后退火高氮鋼棒材切削成直徑為30±0.5mm粗胚，按照相應(yīng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)對粗胚 進(jìn)行銑削加工，制得高氮鋼攪拌頭半成品，再對攪拌頭中除攪拌針和軸肩以外的其他部位 拋光； (4) 淬火:將攪拌頭以20±5°C/min的速率加熱至730-750°C后，保溫1.5-2小時，空冷至 室溫，再將攪拌針與軸肩置于感應(yīng)線圈中，加熱2-2.5s后立即水冷。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝，其特征在 于，所述退火過程在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，壓強(qiáng)在12 ± 0.5kPa。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝，其特征在 于，感應(yīng)加熱過程中感應(yīng)線線圈的頻率在750-800kHz之間。

　　【專利摘要】本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝。制造攪拌頭的高氮鋼材料以重量百分比計，含有以下元素：Mn:16-19％；Cr:20-30％；N:0.5-0.9％；Mo:1.5-2.5％；Ni:≤0.2％；S:≤0.03％；P:≤0.03％；C:≤0.03％；Si:≤0.4％,余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。該高氮鋼材料強(qiáng)度高、抗蠕變、疲勞性能好，采用該高氮鋼材料制作攪拌頭，并對攪拌頭進(jìn)行熱處理，使得所制作的攪拌頭強(qiáng)度高，使用壽命長，產(chǎn)熱穩(wěn)定，能夠滿足鋁合金等低熔點(diǎn)有色金屬對攪拌頭性能的要求。

　　【IPC分類】C22C38/38, C22C30/00, B23P15/00, C22C38/58, B23K20/12, C21D8/00, C22C38/22, C22C38/44

　　【公開號】CN105436699

　　【申請?zhí)枴緾N201510991313

　　【發(fā)明人】周琦, 孔見, 王克鴻, 蔡雅君, 孫宏宇, 周春東

　　【申請人】江蘇爍石焊接科技有限公司

　　【公開日】2016年3月30日

　　【申請日】2015年12月25日

　　一種一體化摩擦焊接裝置的制造方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001 ]本發(fā)明創(chuàng)造屬于焊接機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種一體化摩擦焊接裝置。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型焊接裝置和焊接方法日新月異，摩擦焊是一種利用壓力和摩擦熱使工件連接在一起的固態(tài)連接方法，焊接時，由電動機(jī)帶動一個工件旋轉(zhuǎn)，同時把另一工件壓向旋轉(zhuǎn)工件，使其接觸面相互摩擦產(chǎn)生熱量和一定塑性變形，然后減速停止旋轉(zhuǎn)，同時施加頂鍛壓力完成焊接，但是現(xiàn)在我國摩擦焊接裝備功能性不全，技術(shù)含量不高，亟待于自動化水平的提高，因此，推廣一種一體化摩擦焊接裝置是很有必要的。

　　發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容

　　[0003]本發(fā)明創(chuàng)造的目的就在于為了解決上述問題而提供一種一體化摩擦焊接裝置。

　　[0004]本發(fā)明創(chuàng)造通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:

　　[0005]—種一體化摩擦焊接裝置，包括主電機(jī)、中間體、滑移固定板、焊接攪拌軸，整個裝置依托滑移固定板進(jìn)行設(shè)置，所述滑移固定板水平放置，兩端固定有型鋼支腿，所述滑移固定板上安裝固定可移動所述中間體，所述中間體頂部固定有所述主電機(jī)，焊接件設(shè)置在所述滑移固定板底部，所述中間體頂部設(shè)置有攪拌軸端蓋，所述主電機(jī)端部連接電機(jī)輸出軸，所述電機(jī)輸出軸端部安裝有主齒輪，所述主齒輪水平配合有從動齒輪，所述攪拌軸承端蓋內(nèi)裝配有所述焊接攪拌軸，所述焊接攪拌軸中間連接有連接桿，所述連接桿下端連接有攪拌接頭，所述攪拌接頭底部安裝有攪拌針，所述焊接攪拌軸靠近所述攪拌軸端蓋一側(cè)內(nèi)部裝配有軸承，所述焊接攪拌軸豎直安裝在所述中間體中間。

　　[0006]上述結(jié)構(gòu)中，打開所述主電機(jī)開關(guān)，所述電機(jī)輸出軸帶動所述主齒輪轉(zhuǎn)動，配合從動齒輪帶動所述焊接攪拌軸轉(zhuǎn)動，通過所述焊接接頭帶動所述攪拌針高速旋轉(zhuǎn)，所述攪拌針深入到所述焊接塊焊縫內(nèi)，中間體可以帶動焊接裝置對焊接塊進(jìn)行滑移焊接，滑移固定板對整個裝置其固定作用。

　　[0007]為了進(jìn)一步提高焊接效率，所述主電機(jī)端部連接電機(jī)輸出軸，所述電機(jī)輸出軸端部安裝有主齒輪。所述主齒輪水平配合有從動齒輪。

　　[0008]為了進(jìn)一步提高焊接效率，所述攪拌軸承端蓋內(nèi)裝配有所述焊接攪拌軸，所述焊接攪拌軸中間連接有連接桿，所述連接桿下端連接有攪拌接頭，所述攪拌接頭底部安裝有攪拌針。

　　[0009]有益效果在于:采用龍門式摩擦攪拌焊接裝置，節(jié)省了生產(chǎn)工作空間，配合滑移焊接裝置，提高了焊接效率，整個裝置設(shè)置簡單，操作方便。

　　【附圖說明】

　　[0010]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造所述一種一體化摩擦焊接裝置的主視圖；

　　[0011 ]圖2是本發(fā)明創(chuàng)造所述一種一體化摩擦焊接裝置的滑移裝置剖視圖。

　　[0012]1、主電機(jī);2、攪拌軸端蓋;3、中間體;4、滑移固定板;5、支腿;6、焊接件;7、攪拌接頭;8、攪拌針;9、連接桿；10、焊接攪拌軸；11、電機(jī)輸出軸；12、主齒輪；13、軸承；14、從動齒輪。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說明:

　　[0014]如圖1-圖2所示，一種一體化摩擦焊接裝置，包括主電機(jī)1、中間體3、滑移固定板4、焊接攪拌軸1，整個裝置依托滑移固定板4進(jìn)行設(shè)置，所述滑移固定板4水平放置，兩端固定有型鋼支腿5，所述滑移固定板4上安裝固定可移動所述中間體3，所述中間體3頂部固定有所述主電機(jī)I，焊接件6設(shè)置在所述滑移固定板4底部，所述中間體3頂部設(shè)置有攪拌軸端蓋2，所述主電機(jī)I端部連接電機(jī)輸出軸11，所述電機(jī)輸出軸11端部安裝有主齒輪12。所述主齒輪12水平配合有從動齒輪14，所述攪拌軸承端蓋2內(nèi)裝配有所述焊接攪拌軸10，所述焊接攪拌軸10中間連接有連接桿9，所述連接桿9下端連接有攪拌接頭7，所述攪拌接頭7底部安裝有攪拌針8，所述焊接攪拌軸10靠近所述攪拌軸端蓋2—側(cè)內(nèi)部裝配有軸承13，所述焊接攪拌軸1豎直安裝在所述中間體3中間。

　　[0015]上述結(jié)構(gòu)中，打開所述主電機(jī)I開關(guān)，所述電機(jī)輸出軸11帶動所述主齒輪12轉(zhuǎn)動，配合從動齒輪14帶動所述焊接攪拌軸10轉(zhuǎn)動，通過所述焊接接頭7帶動所述攪拌針8高速旋轉(zhuǎn)，所述攪拌針8深入到所述焊接件6焊縫內(nèi)，中間體3可以帶動焊接裝置對焊接塊進(jìn)行滑移焊接，滑移固定板4對整個裝置其固定作用。

　　[0016]為了進(jìn)一步提高焊接效率，所述主電機(jī)I端部連接電機(jī)輸出軸11，所述電機(jī)輸出軸11端部安裝有主齒輪12。所述主齒輪12水平配合有從動齒輪14，所述攪拌軸承端蓋2內(nèi)裝配有所述焊接攪拌軸10，所述焊接攪拌軸10中間連接有連接桿9，所述連接桿9下端連接有攪拌接頭7，所述攪拌接頭7底部安裝有攪拌針8，所述焊接攪拌軸10靠近所述攪拌軸端蓋2—側(cè)內(nèi)部裝配有軸承13，所述焊接攪拌軸10豎直安裝在所述中間體3中間。

　　[0017]以上顯示和描述了本發(fā)明創(chuàng)造的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明創(chuàng)造不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造精神和范圍的前提下，本發(fā)明創(chuàng)造還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明創(chuàng)造范圍內(nèi)。本發(fā)明創(chuàng)造要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其效物界定。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.一種一體化摩擦焊接裝置，其特征在于:包括主電機(jī)、中間體、滑移固定板、焊接攪拌軸，整個裝置依托滑移固定板進(jìn)行設(shè)置，所述滑移固定板水平放置，兩端固定有型鋼支腿，所述滑移固定板上安裝固定可移動所述中間體，所述中間體頂部固定有所述主電機(jī)，焊接件設(shè)置在所述滑移固定板底部，所述中間體頂部設(shè)置有攪拌軸端蓋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化摩擦焊接裝置，其特征在于:所述主電機(jī)端部連接電機(jī)輸出軸，所述電機(jī)輸出軸端部安裝有主齒輪，所述主齒輪水平配合有從動齒輪。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化摩擦焊接裝置，其特征在于:所述攪拌軸承端蓋內(nèi)裝配有所述焊接攪拌軸，所述焊接攪拌軸中間連接有連接桿，所述連接桿下端連接有攪拌接頭，所述攪拌接頭底部安裝有攪拌針。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化摩擦焊接裝置，其特征在于:所述焊接攪拌軸靠近所述攪拌軸端蓋一側(cè)內(nèi)部裝配有軸承，所述焊接攪拌軸豎直安裝在所述中間體中間。

　　【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造公開了一種一體化摩擦焊接裝置，包括主電機(jī)、中間體、滑移固定板、焊接攪拌軸，滑移固定板水平放置，兩端固定有型鋼支腿，滑移固定板上安裝固定可移動中間體，中間體頂部固定有主電機(jī)，中間體頂部設(shè)置有攪拌軸端蓋，主電機(jī)端部連接電機(jī)輸出軸，電機(jī)輸出軸端部安裝有主齒輪，主齒輪水平配合有從動齒輪，攪拌軸承端蓋內(nèi)裝配有焊接攪拌軸，焊接攪拌軸中間連接有連接桿，連接桿下端連接有攪拌接頭，攪拌接頭底部安裝有攪拌針，焊接攪拌軸靠近攪拌軸端蓋一側(cè)內(nèi)部裝配有軸承，焊接攪拌軸豎直安裝在中間體中間。有益效果在于：采用龍門式摩擦攪拌焊接裝置配合滑移焊接裝置，節(jié)省生產(chǎn)工作空間，提高焊接效率。

　　【IPC分類】B23K20/12, B23K20/26

　　【公開號】CN105436700

　　【申請?zhí)枴緾N201511022883

　　【發(fā)明人】杜秋

　　【申請人】天津市東海峰科技有限公司

　　【公開日】2016年3月30日

　　【申請日】2015年12月29日

　　鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]鎂基金屬和鋁基金屬是應(yīng)用廣泛的輕質(zhì)有色金屬，實(shí)現(xiàn)鎂基金屬與鋁基金屬的連接有著十分重要的意義。這兩種異種金屬的焊接難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1)鋁與鎂為活潑金屬，很容易與02化合而形成MgO和A1203氧化膜，尤其是A1203的結(jié)構(gòu)致密且熔點(diǎn)很高(2050°C)，很難去除；氧化膜不僅阻礙兩種金屬的連接，而且易使接頭區(qū)產(chǎn)生夾雜、裂紋等缺陷，使接頭的力學(xué)性能變差;2)鎂為密排六方結(jié)構(gòu)，鋁為面心立方結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)的不同是鋁與鎂之間相互溶解度差的原因之一，較低的相互溶解度使兩種金屬形成熔合區(qū)十分困難，難以形成有效的結(jié)合;3)液態(tài)鋁和液態(tài)鎂中都可溶解大量的氫，這容易使熔合區(qū)在凝固時使氫來不及逸出而產(chǎn)生氣孔，使得熔合區(qū)塑性和韌性降低，焊縫性能差;4)焊接時，接頭區(qū)極易產(chǎn)生大量脆硬的鎂鋁金屬間化合物，致使接頭有較高的裂紋傾向，顯著降低接頭的韌塑性，這也是要實(shí)現(xiàn)鎂基金屬和鋁基金屬連接時所面臨的最難解決的問題。

　　[0003]為了避免鎂鋁金屬間化合物的生成，國內(nèi)外許多學(xué)者都嘗試了添加中間層的擴(kuò)散連接方法。例如，劉蒙恩等人在題目為“Mg/Al異種材料瞬間液相過冷連接工藝研究”一文中采用瞬間液相擴(kuò)散焊，以非晶態(tài)Ag-Cu合金做中間層，從而實(shí)現(xiàn)了 AZ31鎂合金與5083鋁合金的有效連接。由于在焊接過程中出現(xiàn)了液相，液相的出現(xiàn)使液相兩側(cè)金屬的擴(kuò)散速度過快導(dǎo)致鋁與鎂穿過中間層相互擴(kuò)散形成大量鎂鋁金屬間化合物，影響接頭性能。趙麗敏等人在題目為“鎂合金與鋁合金的夾層擴(kuò)散焊連接”一文中采用鋅夾層在356°C溫度下對鎂鋁異種金屬進(jìn)行擴(kuò)散焊連接，其原理是是先把鋅熱浸鍍到鋁合金表面進(jìn)而再與鎂合金進(jìn)行擴(kuò)散連接。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0004]本發(fā)明的發(fā)明人想到，采用磁控濺射、熱浸鍍等方法在擴(kuò)散面上沉積鍍層作為中間層，不僅工藝復(fù)雜、成本高，而且鍍層的附著量、均一性和堅(jiān)實(shí)性難以得到保證，影響接頭的穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法。

　　[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方法是一種鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，所述鎂基金屬為純鎂或鎂基合金，所述鋁基金屬為純鋁或鋁基合金，鎂基金屬與鋁基金屬通過中間層連接，連接方法包括以下步驟:1)第一擴(kuò)散過程:對鋁基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第一擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第一溫度下對表面處理后的鋁基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接;2)第二擴(kuò)散過程:對鎂基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第二擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第二溫度下對表面處理后的鎂基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接，即得到通過中間層連接的鎂基金屬和鋁基金屬。由于鋁基金屬與中間層的擴(kuò)散連接溫度高于鎂基金屬與中間層的擴(kuò)散連接溫度，若使擴(kuò)散連接溫度在鋁基金屬與中間層的擴(kuò)散連接溫度區(qū)間內(nèi)，會導(dǎo)致鎂基金屬與中間層之間析出大量的液相，且液相組織在擴(kuò)散連接壓力下易被擠出中間層，中間層失去阻隔鋁基金屬與鎂基金屬的作用，使接頭處由于擴(kuò)散而產(chǎn)生大量脆硬組織;若使擴(kuò)散連接溫度在鎂基金屬與中間層的擴(kuò)散連接溫度區(qū)間內(nèi)，會導(dǎo)致鋁基金屬與中間層之間不能有效擴(kuò)散連接，容易斷裂;因此，本發(fā)明采用分步擴(kuò)散連接工藝，第一溫度高于第二溫度，所得接頭處無凝固(鑄造)組織，不生成氣孔、宏觀裂紋等熔焊時的缺陷，且接頭精度高、變形小、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)。

　　[0006]中間層由鋅基金屬、鎳基金屬或銀基金屬組成，其厚度為50-300μπι，其中，鋅基金屬為純鋅或鋅基合金，鎳基金屬為純鎳或鎳基合金，銀基金屬為純銀或銀基合金。當(dāng)中間層的厚度在上述數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)一步減小，會導(dǎo)致鋁基金屬與鎂基金屬的擴(kuò)散路徑過短以至于相互接觸形成脆硬的鎂鋁金屬間化合物；當(dāng)中間層的厚度在上述數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)一步增大，會導(dǎo)致擴(kuò)散連接后中間層殘余厚度較厚(>200μπι)，以至于發(fā)生剪切時接頭容易在強(qiáng)度較低的中間層金屬處發(fā)生斷裂，接頭強(qiáng)度約等于中間層金屬的強(qiáng)度，不利于接頭強(qiáng)度的提高。

　　[0007]當(dāng)中間層由鋅基金屬組成時，第一溫度為350-380°C，第二溫度為320-340°C。第一擴(kuò)散過程和第二擴(kuò)散過程的保溫時間為30-240min，焊接壓力為2-12Mpa，真空度大于

　　2.0Pa，升溫速度為12-30°C/min，降溫速度為5-15°C/min。

　　[0008]在放入擴(kuò)散焊爐中之前，需要對擴(kuò)散面進(jìn)行表面處理，表面處理包括打磨、拋光和有機(jī)溶劑超聲清潔處理，以去除擴(kuò)散面上附著的氧化物或其他可能影響擴(kuò)散工藝的雜質(zhì)，并且使表面粗糙度達(dá)到要求。鋅基金屬的表面打磨依次采用800#、1200#、1500#砂紙，拋光采用粒度為W1.5的鉆石拋光膏。鋁基金屬與鎂基金屬的表面打磨依次采用400#、800#、1200#砂紙，拋光采用粒度為W1.5的鉆石拋光膏。所述有機(jī)溶劑超聲清潔處理過程中，有機(jī)溶劑為無水乙醇，超聲時間為5-15min。

　　【附圖說明】

　　[0009]圖1為實(shí)施例1中接頭處的掃描電子顯微鏡照片。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0010]實(shí)施例1

　　[0011 ] 本實(shí)施例中所使用的鋁基金屬為尺寸為20mm X 10mm X 6mm的5083型鋁合金，鎂基金屬為尺寸為20mm X 10mm X 3mm的ZK60型鎂合金，中間層為厚度為200μπι的純鋅，具體步驟如下:

　　[0012]對上述5083型鋁合金的擴(kuò)散面依次使用400#、800#、1200#砂紙打磨，然后再使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;對上述純鋅的第一擴(kuò)散面依次使用800#、1200#、1500#砂紙打磨，然后再使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;迅速將處理后的5083型鋁合金與純鋅放入擴(kuò)散焊爐中，固定好之后開始抽真空并進(jìn)行擴(kuò)散連接，以15°C/min的升溫速度將溫度升至365°C，之后保溫120min，焊接壓力為4MPa，真空度為1.3Pa。保溫完成以后以5°C/min的降溫速度冷卻至100°C以下，停止抽取真空，打開爐子取出試件1-1。

　　[0013]采用與上述5083型鋁合金相同的表面處理工藝，對ZK60型鎂合金進(jìn)行打磨、拋光和有機(jī)溶劑超聲清潔處理。采用與上述純鋅的第一擴(kuò)散面相同的表面處理工藝，對其第二擴(kuò)散面進(jìn)行打磨、拋光和有機(jī)溶劑超聲清潔處理。迅速將處理后的ZK60型鎂合金與試件1-1放入擴(kuò)散焊爐中，固定好之后開始抽真空并進(jìn)行擴(kuò)散連接，以15°C/min的升溫速度將溫度升至335°C，之后保溫120min，焊接壓力為4MPa，真空度為

　　1.3Pa。保溫完成以后以約5°C/min的降溫速度冷卻至100°C以下，停止抽取真空，打開爐子取出試件1-2，即得到通過純鋅中間層連接的5083型鋁合金與ZK60型鎂合金，由圖1可以看出，接頭處無凝固(鑄造)組織，不生成氣孔、宏觀裂紋等缺陷，經(jīng)測量，接頭的剪切強(qiáng)度為24.3MPa。

　　[0014]對照例1

　　[0015]本實(shí)施例中所使用的鋁基金屬為尺寸為20mmX10mmX6mm的5083型鋁合金，鎂基金屬為尺寸為20mm X 10mm X 3mm的ZK60型鎂合金，中間層為厚度為200μπι的純鋅，具體步驟如下:

　　[0016]對上述5083型鋁合金和ΖΚ60型鎂合金的擴(kuò)散面依次使用400#、800#、1200#砂紙打磨，然后使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;對上述純鋅的兩個擴(kuò)散面依次使用800#、1200#、1500#砂紙打磨，然后再使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;迅速將處理后的5083型鋁合金、ZK60型鎂合金與純鋅放入擴(kuò)散爐中，固定好之后開始抽真空并進(jìn)行擴(kuò)散連接，以15°C/min的升溫速度將溫度升至365°C，之后保溫120min，焊接壓力為4MPa，真空度為1.3Pa。保溫完成后以5°C/min的降溫速度冷卻至100°C以下，停止抽取真空，打開爐子取出試件2，即得到通過純鋅中間層連接的5083型鋁合金與ZK60型鎂合金。經(jīng)測量，ZK60型鎂合金與純鋅在高溫下發(fā)生共晶反應(yīng)生成大量液相組織，液相組織在擴(kuò)散連接壓力的作用下被擠出中間層形成“焊瘤”，導(dǎo)致接頭的剪切強(qiáng)度僅為11.23MPa。

　　[0017]對照例2

　　[0018]本實(shí)施例中所使用的鋁基金屬為尺寸為20mm X 10mm X 6mm的5083型鋁合金，鎂基金屬為尺寸為20mm X 10mm X 3mm的ZK60型鎂合金，中間層為厚度為200μπι的純鋅，具體步驟如下:

　　[0019]對上述5083型鋁合金和ΖΚ60型鎂合金的擴(kuò)散面依次使用400#、800#、1200#砂紙打磨，然后使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;對上述純鋅的兩個擴(kuò)散面依次使用800#、1200#、1500#砂紙打磨，然后再使用粒度為W1.5的鉆石拋光膏進(jìn)行拋光，拋光后放入無水乙醇中超聲清洗15min后將其吹干;迅速將處理后的5083型鋁合金、ZK60型鎂合金與純鋅放入擴(kuò)散爐中，固定好之后開始抽真空并進(jìn)行擴(kuò)散連接，以15°C/min的升溫速度將溫度升至335°C，之后保溫120min，焊接壓力為4MPa，真空度為1.3Pa。保溫完成后以5°C/min的降溫速度冷卻至100°C以下，停止抽取真空，打開爐子取出試件3，即得到通過純鋅中間層連接的5083型鋁合金與ZK60型鎂合金。結(jié)果表明，5083型鋁合金與純鋅未能發(fā)生擴(kuò)散連接，未能得到使用純鋅中間層連接的5083型鋁合金與ZK60型鎂合金接頭。

　　[0020]對照例1與實(shí)施例1相比可知，由于對照例1中的擴(kuò)散連接溫度(365°C)遠(yuǎn)高于ZK60型鎂合金與純鋅的擴(kuò)散連接溫度，因此，在試件2中，ZK60型鎂合金與純鋅的擴(kuò)散連接處，形成大量的凝固(鑄造)組織，中間層金屬被大量擠出而失去阻隔效果，使得鋁鎂相互擴(kuò)散，連接處存在大量鋁鎂鋅三元化合物和鋁鎂二元化合物，物相分布極不均勻，從而導(dǎo)致接頭的綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)低于試件1-2中接頭的綜合力學(xué)性能。對照例2與實(shí)施例1相比可知，由于對照例2中的擴(kuò)散連接溫度(335°C)遠(yuǎn)低于5083型鋁合金與純鋅的擴(kuò)散連接溫度，導(dǎo)致試件3中，5083型鋁合金與純鋅的擴(kuò)散程度極弱，5083型鋁合金與ZK60型鎂合金未能形成有效連接。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，包括以下步驟: 1)對鋁基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第一擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第一溫度下對表面處理后的鋁基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接； 2)對鎂基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第二擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第二溫度下對表面處理后的鎂基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接，即得到通過中間層連接的鎂基金屬和鋁基金屬； 其中，第一溫度高于第二溫度。2.如權(quán)利要求1所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:所述中間層由鋅基金屬、鎳基金屬或銀基金屬組成，其厚度為50-300μπι。3.如權(quán)利要求2所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:當(dāng)中間層由鋅基金屬組成時，第一溫度為350-380°C。4.如權(quán)利要求2所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:當(dāng)中間層由鋅基金屬組成時，第二溫度為320-340°C。5.如權(quán)利要求1所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:所述表面處理包括打磨、拋光和有機(jī)溶劑超聲清潔處理。6.如權(quán)利要求5所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:鋅基金屬的表面打磨依次采用800#、1200#、1500#砂紙，拋光采用粒度為W1.5的鉆石拋光膏。7.如權(quán)利要求5所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:鎂基金屬和鋁基金屬的表面打磨依次采用400#、800#、1200#砂紙，拋光采用粒度為W1.5的鉆石拋光膏。8.如權(quán)利要求5所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑超聲清潔處理過程中，有機(jī)溶劑為無水乙醇，超聲時間為5-15min。9.如權(quán)利要求3或4所述的鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法，其特征在于:保溫時間為30-240min，焊接壓力為2_12MPa，真空度大于2.0Pa，升溫速度為12_30°C/min，降溫速度為5-15°C/min。

　　【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎂基金屬與鋁基金屬的連接方法。鎂基金屬與鋁基金屬通過中間層連接，連接方法包括以下步驟：1)第一擴(kuò)散過程：對鋁基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第一擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第一溫度下對表面處理后的鋁基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接；2)第二擴(kuò)散過程：對鎂基金屬的擴(kuò)散面和中間層的第二擴(kuò)散面分別進(jìn)行表面處理，然后利用真空擴(kuò)散焊接工藝，在第二溫度下對表面處理后的鎂基金屬和中間層進(jìn)行擴(kuò)散連接，即得到通過中間層連接的鎂基金屬和鋁基金屬；第一溫度高于第二溫度，所得接頭處無凝固(鑄造)組織，不生成氣孔、宏觀裂紋等缺陷，且接頭精度高、變形小、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)。

　　【IPC分類】B23K20/14, B23K20/24

　　【公開號】CN105436701

　　【申請?zhí)枴緾N201510932199

　　【發(fā)明人】潘厚宏, 郭雨菲

　　【申請人】西南交通大學(xué)

　　【公開日】2016年3月30日

　　【申請日】2015年12月15日