[发明专利]连接金属部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用熔融抑制组合物连接第一金属部件与第二金属部件的方法。本发明还涉及所述熔融抑制组合物和包括所述连接的金属部件的产品。

背景技术

现今存在用于连接用金属元素制成的金属部件(金属物品或金属工件)的不同连接方法，所述金属元素包括各种元素金属以及各种金属合金。所讨论的金属部件得益于制造其的金属元素或合金而具有至少1100℃的熔融温度，这意味着这些金属部件不能用例如纯铜、纯铝或各种铝基合金制成。可制成这些金属部件的金属的一些实例通常为铁基合金、镍基合金和钴基合金。

一种连接这类金属部件的常用方法是焊接，其为如下方法，其中在有或没有另外材料的情况下使金属部件中的金属熔融，即，通过熔融和随后的再凝固形成铸造产品。

另一连接方法是硬焊(brazing)，其为这样的金属连接方法，其中首先将填料金属施用在欲连接的两个金属部件中的至少一个上且随后加热到高于其熔点并通过毛细管作用在金属部件之间分配。使填料金属通常在由合适气氛的保护下达到高于熔融温度。填料金属随后流过金属部件朝向接触点，在接触点处形成接缝。

通常，在硬焊时，施用填料金属以接触在欲连接的金属部件之间的间隙或空隙。在加热过程期间，填料金属熔融并填充欲连接的间隙。在硬焊过程中，有三个主要阶段，其中第一阶段被称作物理阶段。物理阶段包括填料金属的润湿和流动。第二阶段通常在给定的连接温度下发生。在该阶段期间，存在固-液相互作用，其伴随着实质性的质量传递。在该阶段，马上连接液态填料金属的小体积的金属部件溶解或与填料金属反应。同时，来自液相的少量元素渗透到固态金属部件中。各组分在接缝区域中的该重新分配引起填料金属组成的改变，且有时起始填料金属的凝固。与第二阶段重叠的最后阶段的特征在于形成最终接缝微观结构并在接缝的凝固和冷却期间发展。连接液态填料金属的金属部件的体积非常小，即，接缝最大程度地由填料金属形成。通常，在硬焊时，在该接缝中的至少95%的金属来自填料金属。

连接两个金属部件(母体材料)的另一方法为瞬时液相扩散连接(TLP连接)，其中当来自中间层的熔点抑制元素在连接温度下移动到金属部件的晶格和晶界中时发生扩散。固态扩散过程随后导致连接界面处组成的改变且不同的中间层在比母体材料低的温度下熔融。因此，液体的薄层沿界面铺展以在比任一金属部件的熔点低的温度下形成接缝。连接温度的降低引起熔体凝固，且该相随后可通过保持在连接温度下一段时间而扩散进入到金属部件中。

诸如焊接、硬焊和TLP-连接的连接方法成功地连接金属部件。然而，焊接具有其局限性，因为其可能非常昂贵或者当它们难以接近时，甚至不可能产生许多接缝。硬焊也具有其局限性，例如，其有时难以恰当地施用或甚至难以确定最合适的填料金属。TLP-连接在连接不同材料时是有利的，但具有其局限性。例如，常常难以找到合适的中间层且在欲填充大间隙的情况下或当欲形成相对较大的接缝时，该方法并不真的适合产生接缝。

因此，在选择某一连接方法时涉及到许多因素。同样关键的因素有成本、生产率、安全性、工艺速度和连接金属部件的接缝的性质以及在连接之后金属部件本身的性质。即使上述方法具有它们的优点，但是仍然需要作为目前方法的补充使用的连接方法，特别是在考虑像成本、生产率、安全性和工艺速度的因素时。

概述

本发明的一个目的在于改善上述技术和现有技术。具体地讲，一个目的在于提供以简单且可靠的方式连接金属部件(金属工件，即用金属制成的工件或物品)，同时仍然在所述金属部件之间产生坚固的接缝的方法。

为了实现这些目的，提供连接第一金属部件与第二金属部件的方法。所述方法用于具有高于1100℃的固相线温度的金属部件。所述方法包括：

将熔融抑制组合物施用在所述第一金属部件的表面上，所述熔融抑制组合物包含熔融抑制组分，所述熔融抑制组分包含至少25重量%的用于降低所述第一金属部件的熔融温度的硼和硅；和任选的用于促进将所述熔融抑制组合物施用在所述表面上的粘合剂组分；

使所述第二金属部件与所述熔融抑制组合物在所述表面上的接触点处接触；

将所述第一金属部件和所述第二金属部件加热到高于1100℃的温度，由此使所述第一金属部件的所述表面熔融，使得所述第一金属部件的表面层熔融且与所述熔融抑制组分一起形成在所述接触点处与所述第二金属部件接触的熔融金属层；和

允许所述熔融金属层凝固，使得在所述接触点处获得接缝。