[发明专利]半钎焊半扩散焊连接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及异种材料的连接，具体是一种用于连接陶瓷与金属/金属间化合物、硬质合金与金属/金属间化合物的半钎焊半扩散焊连接方法。

背景技术

采用异种材料制作的焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质提出不同要求，而且可节约大量的贵重材料，降低成本，发挥不同材料的性能优势。异种材料焊接结构在机械、化工、电力、核工业和航天航空等行业得到广泛应用，异种材料的焊接也越来越受到重视。从材料的组合和特点来看，异种材料的分类和焊接组合主要包括异种钢的焊接、钢与有色金属的焊接、异种有色金属的焊接、金属与非金属的焊接四种情况。

结构陶瓷材料具有强度高、耐高温、耐腐蚀等独特性能，但其脆性大、强度分散和加工困难等缺点，限制了它作为整体机构在工程中的应用。实现结构陶瓷与金属的连接，对扩展陶瓷的应用领域具有重要意义。

陶瓷与金属的连接主要是活性钎焊和扩散焊，此外还有部分瞬间液相连接和二次PTLP等新方法。由于陶瓷和金属的物理化学性能存在较大差异，特别是两种材料间的热膨胀系数差别较大，接头在冷却过程中由于收缩不均匀造成较大的残余应力，使连接强度大大降低。严重者自行开裂，甚至成为结构损坏的直接或间接原因，由于金相组织的变化以及新生成的物相结构或化合物，可使焊接接头的性能恶化，接头力学性能较差，特别是塑性和韧性明显下降。

活性钎料的研究与开发是发展陶瓷与金属/金属间化合物钎焊的一项重要内容。国内熊柏青、楚建新等研究表明添加中间层可有效控制残余热应力对Si₃N₄/金属钎焊接头性能的影响；翟阳、任家烈等使用非晶态合金作中间层扩散连接Si₃N₄与40Cr钢，但连接强度不高；何鹏、冯吉才、钱乙余等研究了Si₃N₄陶瓷与不锈钢材料扩散连接接头的残余应力的分布特征及中间层的作用，但接头强度较低。以上对Si₃N₄与金属的连接能有效减低接头残余应力，但均存在接头强度低而无法满足工程实际应用的要求。

硬质合金是以高硬度的，难熔金属的碳化物（如TiC，WC，TaC，NbC等）为基，加入粘结金属（如Co，Fe，Ni，Mo等），通过粉末冶金方法制成的合金材料。硬质合金与金属的物理性能差别较大，对连接性能影响最大的是二者线膨胀数的差异，如硬质合金的线膨胀系数为(4.5~7)×10^-6/℃，而45#钢线膨胀系数为11.65×10^-6/℃，可见二者的线膨胀系数相差较大，因此在连接接头易引起内应力。一般仅为金属材料的一半左右，当硬质合金与这类材料焊接时，会在接头中产生很大的热应力，若超过硬质合金的抗拉强度，便会导致硬质合金开裂，二是由于硬质合金材料的特殊性，钎料对基体材料的润湿性不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够连接陶瓷与金属/金属间化合物、硬质合金与金属/金属间化合物，并可缓解接头残余应力，提高接头强度的半钎焊半扩散焊连接方法。

本发明的半钎焊半扩散焊连接方法是：在陶瓷或硬质合金母材与金属或金属氧化物母材之间依次设置工业级钎料和纯金属中间层，在真空中进行焊接连接。

所述的工业级钎料熔化温度低于所述的纯金属中间层；所述的工业级钎料和所述的纯金属中间层都能润湿与之连接的母材；连接温度低于所述的纯金属中间层熔点高于所述的工业级钎料熔化温度。

本发明的优点是： 

(1)工业级钎料对陶瓷/硬质合金表面的润湿性能好，可以用来钎焊所述的纯金属中间层与陶瓷/硬质合金；而纯金属中间层在同样的连接温度下可以与金属/金属间化合物实现扩散连接，通过半钎焊和半扩散焊连接获得稳定可靠的接头。综合了两种方法的优点。

(2) 由于本发明中所述的纯金属中间层材料没有完全熔化，起到了梯度作用，缓解了接头中存在的内应力，接头不会出现开裂现象，连接强度高；

(4) 本发明工艺简单、实施方便、获得的陶瓷与金属/金属间化合物、硬质合金与金属/金属间化合物接头性能稳定可重复再现。

附图说明

图1为本发明的半钎焊半扩散连接方法应用材料的构造示意图。

图中：1.陶瓷或硬质合金；2. 钎料；3.纯金属中间层；4.金属或金属间化合物。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法作进一步说明。

实施例一：