[发明专利]一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊钎料的制备方法。

背景技术

碳化硅颗粒增强铝基复合材料因其具有高比强度、比刚度、尺寸稳定性、可设计性以及耐磨、耐腐蚀、耐射线等优异性能，特别是原材料来源充分、制造成本低、市场容易接受，是金属基复合材料中应用潜力最广的新型结构材料，可广泛应用于航空航天、汽车制造、仪器仪表、电子信息、精密机械等产业领域。然而，这种新型结构材料的推广应用却遇到了一个瓶颈技术难题——焊接性很差。这是由于增强相与铝合金基体物理化学性能的巨大差异，用熔化焊方法获得高质量的焊接接头是极其困难的，极易产生气孔、夹渣、疏松、未焊透等缺陷，同时在焊接高温情况下，碳化硅将与铝液发生界面反应，生成C₃Al₄针状有害化合物，接头强度很低。近几年，牛济泰等人发明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的扩散焊、真空钎焊、炉中钎焊、电阻焊工艺等并获得了多项国家发明专利，开辟了新的研究思路，哈工大的闫久春等人发明了有关铝基复合材料的振动焊、超声波毛细焊接等工艺并成功应用于航天结构连接，但对于服役环境十分苛刻的高端产品，焊接质量尚有待进一步提高。其根本原因是复合材料表面裸露着大量的SiC陶瓷增强相，它含有离子键与共价键，很难被含金属键的钎料所润湿，给钎焊过程带来了极大的难度，因此现有的颗粒增强铝基复合材料的焊接需要在较高温度下进行，且存在焊接质量较差的问题，进一步研制更为有效的钎焊钎料势在必行。

发明内容

本发明要解决现有的颗粒增强铝基复合材料的焊接需要在较高温度下进行，并且焊接质量较差的问题，而提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料的制备方法。

一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将按质量百分数15～25%Si、3～5%B、3%Cu、1%Ti和余量为Al称量的原料放在真空感应加热炉中真空熔炼两次，在真空熔炼过程中采用电磁搅拌，真空熔炼后进行冷却，得到混合均匀的合金球；

二、采用砂轮对混合均匀的合金球进行打磨，去掉合金球表面的氧化层，然后用机械法将打磨后的合金球破碎成尺寸小于38mm的合金块；

三、对内径为38mm的石英试管的底部开缝，缝宽0.5mm，然后将尺寸小于38mm的合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有合金碎块的石英管；

四、将装有合金碎块的石英管放入甩带机的感应加热线圈中，然后将甩带机内腔抽真空至绝对压力为4×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至甩带机内腔相对压力为-0.04MPa～-0.07MPa；

五、甩带机的感应加热线圈通电，当石英管内的碎块被加热到熔融状态时，打开甩带机的储气罐，以相对压力为-0.02MPa～-0.05MPa下向石英管通入氩气，利用氩气冲力将熔融状态的钎料从石英管底部缝隙吹出，溅射到转速为20m/s～40m/s的铜滚轮上，甩出薄带，冷却后可得到非晶态箔状钎料；

六、将非晶态箔状钎料放入真空退火炉中，在温度为250℃下进行等温退火10min～20min，即得到箔状纳米钎料。

本发明优点：一、本发明制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料可降低焊接温度，提高接头强度和焊接质量；二、本发明制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料不仅可以作为高体积分数30～70%碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接钎料，也可以作为低体积分数10～20%碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接钎料，因此本发明制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基纳米钎料适用范围广；三、现有技术是在被焊母材表面通过机械方法使表面纳米化，所用的带状钎料组织不是纳米，是微米级，而本发明是把钎料微观组织纳米化，即本发明制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料箔状铝基钎料的微观组织是纳米级箔状钎料；四、虽然真空甩带法是大家公认制造箔状材料的技术手段，但是从来没有人利用真空甩带法制造钎焊碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎料，且甩成纳米组织的箔状钎料具有很大难度，一是材料成分，二是甩带工艺参数，三是甩后热处理工艺，本发明严格控制材料成分铝基、甩带工艺参数和甩后热处理工艺，成功制备出碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊的箔状纳米钎料。

附图说明

图1是试验一步骤五得到的非晶态箔状钎料的XRD图；

图2为等温退火2分钟时纳米晶析出情况TEM图；

图3为等温退火5分钟时纳米晶析出情况TEM图。

具体实施方式