[发明专利]一种在气氛保护下超声波辅助焊接高温材料的方法

说明书

本发明公开了一种在气氛保护下超声波辅助焊接高温材料的方法，包括以下步骤：对2个待焊母材和中间层的表面进行清洁；将2个待焊母材和中间层按照待焊母材、中间层和待焊母材的顺序排列，将中间层夹在2个待焊母材之间，形成一个复合结构；在氮气或惰性气体的保护下，将复合结构加热并保温，将材质为铌的超声波工具头在1个待焊母材上垂直该待焊母材施加压力，施加压力的同时施加超声波，焊接完成；待复合结构的温度下降至室温后，停止施加超声波和压力。在惰性气氛保护下，用铌金属超声波工具头，可以有效避免高温状态下超声波工具头的氧化，节省了成本，提高了焊接效率。

技术领域

本发明属于材料焊接与连接技术领域，具体涉及一种在气氛保护下超声波辅助焊接高温材料的方法。

背景技术

随着材料领域和现代工业的发展，尤其是随着汽车、船舶、航空航天、石油化工和日用产品的发展，所使用的材料数量越来越多，范围也是更加广泛。各领域对材料及其性能的要求也日渐严苛，不仅需要材料具有高强度低损耗，还要有长寿命等特点。而且对于材料之间可靠的、高强度的焊接与连接技术的要求也是越来越高。传统的高温焊接材料包括Au-Sn，Bi-Ag-Sn-xPb，Sn-pb-Ag。因Au，Ag贵金属成本高，焊接温度在280-300℃，影响温度敏感元器件性能。随着欧盟对Pb等有毒金属限制条令的颁布，含Pb器件及产品逐步退出市场。虽然对电力电子产品给出了豁免期限，但高温无铅替代产品及焊接材料研发已迫在眉睫。

目前已有的焊接技术主要针对低温或中低温的金属材料，对于高温材料钛合金、镍基高温合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷等，常用的传统焊接方法主要有有熔化焊、激光焊、搅拌摩擦焊、钎焊、扩散焊等，这些传统的焊接技术有着明显的弊端：对于金属的焊接不能有效地去除金属表面的氧化膜、对于熔点高的金属不能有效的焊接、容易发生氧化，而且易产生气孔、脆性氧化物等缺陷，使得接头连接不可靠，强度不高，而且需要在真空环境下进行，设备成本比较高。

随着对焊接材料和焊接技术的深入研究，将超声波引入焊接技术中，通过超声波在固液界面的声塑性效应及在液态金属中的声空化作用，可以有效地去除金属表面的氧化膜。

然而由于用于超声焊接的超声辅助焊接装置本身的限制，针对高温焊接材料，上述现有技术存在以下缺点：

1、用钛金属制作的超声波工具头在800℃以上使用时会熔化，所以对可以焊接的材料范围还是有所限制；

2、目前所用钨金属制作的超声头高温下进行超声波焊接容易将工具头震碎，发生氧化，生成的氧化物掉片等情况，在真空环境下耗时较长，效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在气氛保护下超声波辅助焊接高温材料的方法，该方法在惰性气氛保护下，通过铌金属制作超声波工具头，并在加压、加热的条件下对高温结构材料、功能材料或易氧化的材料进行超声波辅助焊接。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种在气氛保护下超声波辅助焊接高温材料的方法，包括以下步骤：

1)对2个待焊母材和中间层的表面进行清洁，所述待焊母材为钛合金、镍基高温合金、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、锰基阻尼合金或碳化硅陶瓷，所述中间层为Ag-28Cu、Ag-21Cu-25Pb、Ag-35Cu-2Ti、BNi82CrSiB或Ag-28Cu-13In-2Ti；

在所述步骤1)中，待焊母材的表面的清洁方法为：将待焊母材的表面抛光后再使用酒精和丙酮进行超声清洗，烘干；中间层的表面的清洁方法为：将中间层的表面用酒精和丙酮进行超声清洗，烘干。

2)将步骤1)所得的2个待焊母材和中间层按照待焊母材、中间层和待焊母材的顺序排列，将中间层夹在2个待焊母材之间，形成一个复合结构；