[发明专利]一种72Cu-28Zn合金作为中间反应材料层的镁合金的超声辅助焊接方法

摘要

本发明公开了一种72Cu‑28Zn合金作为中间反应材料层的镁合金的超声辅助焊接方法，经过中间反应材料层的设计条件，筛选出72Cu‑28Zn合金为中间反应材料层与镁合金进行焊接，选用72Cu‑28Zn合金作为中间反应材料层有利于降低焊接温度，无需钎料辅助在大气环境下完成焊接，绿色环保，在焊接过程中无脆性金属间化合物产生，得到全固溶体接头，本焊接时间短，接头力学性能高，焊接效果好。

主权项

1.一种72Cu‑28Zn合金作为中间反应材料层的镁合金的超声辅助焊接方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，其特征在于，包括以下步骤：中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195‑205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于待焊接母材熔点150‑300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材之间的电极电位差至多在‑0.8V以内，中间反应材料层至少满足以上四个条件中的三个条件，根据以上条件，待焊接母材为镁合金，中间反应材料层选用72Cu‑28Zn合金；反应前准备步骤，对待焊接母材和中间反应材料层的焊接界面进行机械打磨和超声清洗，将清洗后的待焊接母材和中间反应材料层按照待焊接母材/中间反应材料层/待焊接母材的顺序组装形成待焊接组件；上机超声焊接步骤，将待焊接组件放置于超声焊接设备的加工平台，并是超声工具头压紧在待焊接组件的上部；将超声工具头向待焊接组件纵向方向施加压力，压力值为0.1‑0.2MPa；破除氧化膜步骤，通过超声工具头将焊接超声传导至待焊接组件，对待焊接组件进行加载超声及加热，焊接超声的功率控制在200‑500W，焊接超声的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，中间反应材料层的反应温度控制在460℃，待焊接组件在焊接超声的作用下，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，形成固液界面，实现初步冶金接合；三元共晶反应步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声，焊接超声的功率控制在200‑500W，焊接超声的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，将中间反应材料层的反应温度控制在455‑465℃，待焊接母材的物理状态为固态，待焊接母材与中间反应材料层发生三元共晶反应，其中反应式为：Mg+Cu→Mg2Cu and CuMgZn(ss)phases，中间反应材料层转变为Mg‑Cu‑Zn共晶组织的液相，Mg‑Cu‑Zn共晶组织形成Mg‑Cu‑Zn共晶组织层，在待焊接母材中形成Mg(Cu,Zn)固溶体，Mg(Cu,Zn)固溶体形成Mg(Cu,Zn)固溶体层，Mg‑Cu‑Zn共晶组织层的厚度比Mg(Cu,Zn)固溶体层的厚度大，Mg(Cu,Zn)固溶体的物理状态为固态；固溶体生长步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声，超声焊接设备工艺参数保持不变，中间反应材料层的反应温度控制在455‑465℃，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层中的Mg‑Cu‑Zn共晶组织反应减少为断续的Mg‑Cu‑Zn共晶组织层区，中间反应材料层中的Mg(Cu,Zn)固溶体层的厚度要比Mg‑Cu‑Zn共晶组织层区的厚度大；全Mg(Cu,Zn)固溶体接头形成步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声，焊接超声的功率控制在200‑500W，焊接超声的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备对中间反应材料层进行保温，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，中间反应材料层的反应温度保持在455‑465℃，Mg‑Cu‑Zn共晶组织消失，Mg‑Cu‑Zn共晶组织全部转化Mg(Cu,Zn)固溶体，Mg(Cu,Zn)固溶体的物理状态为固态，从而形成全Mg(Cu,Zn)固溶体接头，待焊接组件等温凝固完成；完成焊接组件步骤，对中间反应材料层取消保温和对待焊接组件取消焊接超声，在大气环境中保持压力冷却至室温，得到焊接成品。