[发明专利]基于偏晶反应的声致瞬间液相焊接方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于偏晶反应的声致瞬间液相焊接方法及其应用,对中间层和2个待焊的母材表面进行清洁，装夹中间层和母材，形成“母材/中间层/母材”的结构；在大气环境下，对结构进行加热，当温度升至预定温度时，超声波换能器对结构进行超声波作用并沿垂直于待焊面的方向施加压力；待母材与中间层发生偏晶反应并生成液相后，停止加热，超声波换能器继续对结构进行超声波作用并施加压力，待结构冷却至室温后，停止超声波作用和施加压力，完成焊接。本发明在大气环境下进行，在声场与热场的双重作用下，利用超声波引起的声塑性效应、摩擦、空化作用和声流搅拌作用等因素的综合作用，促进中间层与母材之间发生元素扩散，引发偏晶反应。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体来说涉及一种基于偏晶反应的声致瞬间液相焊接方法及其应用。

背景技术

偏晶反应是指具有确定成分的液相L₁，在一定的温度下，结晶出固相S₁和另一与L₁不相溶的液相L₂的过程，即L₁→S₁+L₂，如图6所示。在液相线以下，存在互不相溶的液相L₁和L₂；当成分为m的偏晶合金冷却到偏晶点温度Tm以下时，偏晶反应L_m→α+L₂发生。除此之外，偏晶反应发生的偏晶点温度都较高。偏晶合金具有良好导热导电性，某些偏晶合金还具有超导性能(胡汉起.金属凝固原理.北京:机械工业出版社,1991.)。而偏晶反应温度都较高，在Al-Pb偏晶反应体系中，偏晶反应温度仅低于Al熔点1.5℃，因此，在焊接过程中，很少应用偏晶反应产生液相来完成焊接。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于偏晶反应的声致瞬间液相焊接方法及其应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于偏晶反应的声致瞬间液相焊接方法，包括以下步骤：

1)对中间层和2个待焊的母材表面进行清洁，装夹所述中间层和母材，以使2个所述母材分别位于所述中间层的上、下表面，形成“母材/中间层/母材”的结构，其中，所述母材为金属材料或非金属材料，所述中间层为能够与该母材发生偏晶反应的材料；

在所述步骤1)中，所述中间层的厚度为0.01～1mm，优选为0.2～0.5mm。

在所述步骤1)中，2个所述母材为相同材质或不同材质。

在所述步骤1)中，所述母材为纯铝、铝合金、纯铜、铜合金或金属基复合材料。

在所述步骤1)中，所述中间层为纯铟金属层、铟基金属层、纯铋金属层、铋基金属层、纯铅金属层或含铅金属层。

在所述步骤1)中，清洁所述母材的方法为：去除所述母材表面的有机物(油杂物)和氧化膜，进行抛光，用丙酮或酒精擦洗所述母材表面后烘干。

在所述步骤1)中，清洁所述中间层的方法为：用丙酮或酒精对所述中间层进行超声波清洗，烘干。

2)在大气环境下，对步骤1)中所述结构进行加热，当温度升至预定温度时，超声波换能器(超声波振头)对所述结构进行超声波作用并沿垂直于待焊面的方向施加压力，其中，所述预定温度高于(母材和中间层的)共晶反应温度且低于(母材和中间层的)偏晶反应温度，以使所述母材与中间层发生偏晶反应；

在所述步骤2)中，所述压力的压强为0.1～5.0MPa，优选0.15～2MPa。

在所述步骤2)中，通过外加热源对步骤1)中所述结构进行加热。

在所述步骤2)中，所述外加热源为电弧、激光、电子束、热传导或热辐射。