[发明专利]可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属材料与金属材料的钎焊方法。

背景技术

非金属材料与金属材料连接的难点在于两者物理性能与化学性质存在较大差异。特别是，非金属材料的热膨胀系数和弹性模量与金属材料往往相差甚大，焊后冷却时接头易产生残余应力，并且在非金属材料一侧形成应力集中。另外，非金属材料与金属材料的化学相容性较差，难以形成可靠的化学冶金界面。

为缓解接头残余应力，一般采用加入中间层的方式实现非金属材料与金属材料的连接。申请号为201310332584.8的中国专利介绍了金属与SiC陶瓷基复合材料的连接方法，其在Ti-Ni钎料加入Cu箔组合成Ti/Cu/Ni软性中间层，放在SiC陶瓷基复合材料和Ni基高温合金之间形成夹心结构，然后置于真空热压炉中完成了SiC陶瓷基复合材料和Ni基高温合金的连接。上述方法采用加入软性中间层的方式增加钎缝的塑性，通过塑性变形降低了钎焊接头的残余应力，但是这样往往会降低接头的强度。申请号为201210164109.X的中国专利介绍了高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料与低膨胀合金的超声钎焊方法，该专利通过超声手段得到的钎缝是以钎料合金为基体并均匀分布着SiC颗粒的复合材料，这种复合材料的线胀系数低，可以实现非金属材料/钎缝/金属线膨胀系数的梯度过渡，以缓解接头残余应力。但这种方法的弊端是，SiC颗粒容易团聚，焊后界面组织不均匀且产生裂纹。

发明内容

本发明是要解决现有非金属材料与金属材料的钎焊方法焊接后接头存在较大残余应力的问题，而提供可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法。

本发明可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：

一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；

二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；

三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；

所述叠放顺序有以下两种：①从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；②从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni-Nb箔片、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；

四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至1120～1260℃后，在真空度为5.0×10^-3Pa的条件下保温5min～60min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。

本发明可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：

一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；