一種鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法
【專利摘要】一種鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，屬于異種材料連接領(lǐng)域。鎂合金的熔點(diǎn)僅為650℃，對(duì)焊接溫度很敏感。鎂和鋼屬于異種材料，尤其是兩種異種材料的熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)相差顯著，增加了焊接這兩種金屬的難度。本發(fā)明通過(guò)在鎂合金表面制備中間純銅層，組合成鎂合金/Cu/鋼釬焊結(jié)構(gòu)，固定置于真空擴(kuò)散爐內(nèi)，連接面壓力為0.0375～0.2MPa，加熱、保溫，然后再加熱、保溫，停止加熱，隨爐冷卻至150℃以下，實(shí)現(xiàn)了鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接。本發(fā)明焊接溫度較低，對(duì)母材影響小，無(wú)需釬料，避免了“大包圍、小包圍”現(xiàn)象，一定程度上解決了焊接鎂合金與金屬異種金屬釬焊接頭無(wú)缺陷(相對(duì)熔焊)，釬焊接頭室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到39.6MPa。
【專利說(shuō)明】一種鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于異種材料連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連 接方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用的質(zhì)量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，被稱為"21世紀(jì)的綠色工程 環(huán)保材料"。由于它具有密度?。▋H為1.74g/cm 3)，比強(qiáng)度和比剛度高，減震性和抗磁性好， 易于切削加工和回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子、電器、交通、航空、航天和國(guó)防等工業(yè)領(lǐng) 域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和前景。然而鎂合金的應(yīng)用不可避免地會(huì)遇到與鋼的連接問(wèn) 題，所以開發(fā)出鎂合金與鋼的高效焊接技術(shù)，特別是針對(duì)輕質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及需大面積部件 的連接顯得尤為迫切。
[0003] 鎂合金的熔點(diǎn)較低，僅為650°C，對(duì)焊接溫度很敏感，在傳統(tǒng)的熔焊過(guò)程中易發(fā)生 鎂合金的氧化及蒸發(fā)現(xiàn)象，甚至在常溫下鎂合金也很容易發(fā)生氧化。鎂鋼屬于異種材料，其 物理化學(xué)性能相差較大，尤其是兩種材料的熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)相差顯著，大大增加了焊接這 兩種金屬的難度。目前涉及鎂合金與鋼的連接方法主要有熔化焊、激光熔釬焊、釬焊、擴(kuò)散 焊以及攪拌摩擦焊。熔焊的最大問(wèn)題是難于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的控制，高溫下鎂合金容易發(fā) 生過(guò)燒現(xiàn)象，氧化嚴(yán)重，并且在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中及大量氣孔。劉黎明在熔 焊鎂合金與鋼方面做了大量的研究。研究表明，單一的以激光和電弧為熱源焊接鎂合金與 鋼有很多的弊端。鎂合金對(duì)激光能量的吸收率差，單一的用激光焊接鎂鋼異種金屬易導(dǎo)致 熔深不夠，形成的鎂鋼異種金屬焊接接頭中易出現(xiàn)裂紋和氣孔等缺陷，力學(xué)性能較差。單一 的弧焊過(guò)程中，由于電弧本身能量是比較發(fā)散的，因此加大了在焊接中焊接熱影響區(qū)的范 圍，使得接頭的性能降低。此后，劉黎明等又利用激光電弧復(fù)合焊對(duì)鎂鋼進(jìn)行焊接，仍未能 有效的解決鎂鋼界面金屬氧化物的問(wèn)題。由于熔焊焊接溫度較高，而鎂合金是一種很活潑 的金屬，熔點(diǎn)沸點(diǎn)都比較低，很容易發(fā)生氧化生成脆性相MgO,造成焊縫中出現(xiàn)夾雜。在高溫 下還易與N2反應(yīng)生成氮化物，進(jìn)一步降低焊接接頭的性能。
[0004] M.Wahba用激光為熱源焊接鎂合金AZ31B/SP781鍍鋅鋼。由于鎂合金與鋼之間較 大的物理性質(zhì)差異，其焊接過(guò)程很不穩(wěn)定（飛濺，熔深比不穩(wěn)定等），特別是當(dāng)激光光束穿 透鎂合金進(jìn)入鋼試樣使鋼側(cè)形成類似鎖孔的形貌時(shí)，其穩(wěn)定性很差。檀財(cái)旺以鎂焊絲為填 充材料，對(duì)AZ31鎂合金/DP980鍍鋅鋼異種合金進(jìn)行單、雙光束激光熔釬焊試驗(yàn)研究。采用 單、雙光束進(jìn)行填絲熔釬焊均可獲得較滿意的外觀成形，但是剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明無(wú)論 單、雙光束對(duì)鎂合金與鋼進(jìn)行焊接剪切強(qiáng)度均較低，并且指出焊趾處裂紋的存在是導(dǎo)致接 頭失效的主要原因。
[0005] 傳統(tǒng)釬焊方法焊接鎂合金與鋼時(shí)一般采用熔點(diǎn)較低的釬料，例如A1基釬料或Zn 基釬料。通過(guò)加熱保溫，利用釬料熔化潤(rùn)濕鋪展后與母材反生冶金反應(yīng)獲得釬焊接頭，由于 鎂合金在焊接過(guò)程中易發(fā)生氧化，一般在焊接過(guò)程中需要使用釬劑，焊后需要進(jìn)行清理，并 且存在氣孔、"大包圍"和"小包圍"等焊接缺陷，接頭致密性差，難以實(shí)現(xiàn)高致密性連接。
[0006] Takahiro等人利用擴(kuò)散焊對(duì)鎂合金AZ31與不同的鋼板（SPCC和GI兩種型號(hào)）研 究鋅層與鋁元素對(duì)鎂鋼異種金屬擴(kuò)散焊的影響。研究結(jié)果表明，SPCC鋼與鎂合金并沒(méi)有實(shí) 現(xiàn)有效連接，這是因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中鎂合金發(fā)生了氧化，其表面生成了氧化層，阻礙了鎂鋼 之間的接觸擴(kuò)散。另一方面，采用相同的焊接工藝成功實(shí)現(xiàn)GI鋼與鎂合金的結(jié)合。此外， 通過(guò)ΕΡΜΑ分析發(fā)現(xiàn)鎂鋼界面處形成一層很薄且不連續(xù)的Fe-Al金屬間化合物層，正是依靠 這層Fe-Al化合物才使得這兩種材料形成冶金結(jié)合。所以在擴(kuò)散焊中嚴(yán)格控制氧含量是很 有必要的。
[0007] Y. Abe和Watanabe等人利用攪拌摩擦焊實(shí)現(xiàn)鎂鋼異種金屬的對(duì)接連接。研究了 攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度與攪拌頭的偏移量對(duì)鎂鋼異種金屬接頭的微觀組織和力學(xué)性能的影響。 研究發(fā)現(xiàn)隨著攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度的增加，焊縫接觸面處的鎂的塑性變形量提高，從而使接 頭的力學(xué)性能得到提高到約為鎂合金母材的70%左右。但拉伸斷裂位置在鎂鋼的界面處， 說(shuō)明界面的結(jié)合強(qiáng)度不理想。S. JANA等人采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接鎂合金與鋼異種金屬進(jìn) 行了研究，同樣發(fā)現(xiàn)鍍鋅鋼板上的Zn層與鎂合金的發(fā)應(yīng)生成的Zn-Mg合金層提高了鎂/鋼 接頭的力學(xué)性能。
[0008] 綜上所述，開發(fā)出一種新型的鎂合金與鋼連接方法顯得尤為緊迫。接觸反應(yīng)擴(kuò)散 釬焊是一種在較低的溫度下依靠母材之間或母材與中間層材料之間的冶金反應(yīng)（共晶反 應(yīng)）產(chǎn)生液相來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的工藝方法，它能夠很好的避免傳統(tǒng)釬焊工藝中液態(tài)釬料的宏觀 填縫所帶來(lái)的"大包圍"和"小包圍"現(xiàn)象，并且由于整個(gè)焊接過(guò)程在真空釬焊爐中進(jìn)行，無(wú) 需使用釬劑，是一種綠色環(huán)保的連接方法。能夠很好的適應(yīng)復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)件以及大面積部 件的連接。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提出一種鎂合金與鋼的連接方法，采用接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊工 藝，實(shí)現(xiàn)鎂合金與鋼的低溫連接，并且無(wú)需使用釬劑的綠色環(huán)保連接方法。
[0010] 鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：
[0011] 一、將鎂合金六個(gè)表面打磨平整，去除其表面氧化膜，用微弧氧化的方法在鎂合金 表面制備微弧氧化層；
[0012] 二、將微弧氧化后的鎂合金待焊面打磨平整，露出鎂合金金屬光澤，采在鎂合金待 焊面制備厚度為10-50 μ m的純銅涂層；
[0013] 三、將預(yù)置了純銅涂層的鎂合金待焊面打磨平整獲得不同的涂層厚度，在酒精溶 劑中清洗，并干燥；
[0014] 四、將鋼待焊面打磨平整，露出金屬光澤，置于丙酮溶劑中超聲清洗去除油污，并 干燥；
[0015] 五、將預(yù)置了純Cu層的鎂合金與鋼組合成對(duì)接釬焊結(jié)構(gòu)后，在焊接卡具固定壓 緊，并置于擴(kuò)散焊爐的真空室中，此外，在焊接卡具與鎂合金和鋼的接觸面上預(yù)先涂敷阻焊 劑；
[0016] 六、施加0· 0375?0· 2MPa的焊接壓力，待真空度低于5 X 10_3Pa后，以10°C /min的 升溫速度升溫至450?480°C，保溫10?40min，再升溫至495?555°C，保溫20?lOOmin 后，隨爐冷卻至150°C以下，取出焊接試樣，完成釬焊。
[0017] 進(jìn)一步，所述的鎂合金為AZ31B，鋼為08F冷軋鋼。
[0018] 進(jìn)一步，步驟三中將預(yù)置了純Cu層的鎂合金待焊面用1500#金相砂紙打磨，然后 將待焊面用100%酒精溶劑中清洗，并干燥。
[0019] 進(jìn)一步，步驟三中將鋼待焊面用800#金相砂紙打磨平整，露出金屬光澤，置于丙 酮溶劑中超聲清洗5?lOmin，并干燥。
[0020] 進(jìn)一步，步驟六中真空擴(kuò)散爐中的真空度為9ΧΚΓ4?5Xl(T3Pa。
[0021] 進(jìn)一步,步驟六中真空擴(kuò)散爐中的真空度為3Xl(T3Pa。
[0022] 進(jìn)一步，微弧氧化參數(shù)控制電壓為410?430V，脈沖頻率為400Hz，占空比為3%， 微弧時(shí)間為4?8min ;電解液為比例為3?6g/L娃酸鈉，6?9g/L氟化鉀，9?12g/L氫 氧化鉀，余量為去離子水。
[0023] 本發(fā)明方法中步驟一所述的鎂合金為AZ31B，鋼為08F冷軋鋼；制備鎂合金微弧氧 化層是為了阻止鎂合金在高真空的環(huán)境下?lián)]發(fā)。步驟二中所述的將微弧氧化的鎂合金待焊 面打磨至露出金屬光澤，并在其表面預(yù)置的純銅涂層是用冷噴涂的方法制備的，用冷噴涂 的方法在鎂合金待焊面制備純銅涂層的目的在于防止前期表面處理過(guò)程中鎂合金發(fā)生氧 化，并且冷噴涂制備的純銅涂層表面較為平整且與鎂合金具有一定的結(jié)合強(qiáng)度，在焊接前 期的裝卡以及針對(duì)大面積焊接部件有很大的優(yōu)勢(shì)。步驟三中將預(yù)置了純銅涂層的鎂合金待 焊面打磨目的是為了獲得不同厚度的純銅中間層。
[0024] 本發(fā)明采用銅涂層作為接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊的中間層，其目的在于銅與鎂合金能夠 在較低的溫度（共晶溫度）下發(fā)生共晶反應(yīng)。在大約485°C時(shí)，鎂、銅發(fā)生共晶反應(yīng)，生成 低熔點(diǎn)共晶液相Mg 2Cu，溫度進(jìn)一步升高，鎂合金內(nèi)的A1元素也參與發(fā)應(yīng)，與鎂和銅生成 Mg-Cu-Al三元化合物。此時(shí)鎂鋼異種金屬焊接界面處是液態(tài)金屬混合相，在一定的保溫時(shí) 間內(nèi)，Cu和A1元素少量擴(kuò)散至Fe側(cè)，少量溶解的Fe也擴(kuò)散至液態(tài)金屬中，形成固溶相，這 在一定程度上能強(qiáng)化釬焊接頭的強(qiáng)度，最后，隨著溫度的降低，混合液態(tài)金屬凝固形成釬焊 接頭。本發(fā)明中焊接溫度及保溫時(shí)間對(duì)釬焊接頭影響最大，因此在本發(fā)明中將焊接溫度設(shè) 定在495?555°C (鎂合金熔化溫度為650°C左右）。由Mg-Cu二元相圖（附圖1)可知， 溫度過(guò)低485°C )，鎂銅異種金屬間不發(fā)生反應(yīng)，無(wú)法形成共晶液相因而無(wú)法形成釬焊 接頭；溫度過(guò)高，由于鎂合金對(duì)溫度很敏感，不利于鎂合金的連接。此外，溫度過(guò)高容易造 成鎂合金及界面生成相的過(guò)燒現(xiàn)象，嚴(yán)重影響釬焊接頭的性能。在焊接溫度為530°C下，界 面反應(yīng)產(chǎn)物為塊狀Mg-Cu-Al三元相、Mg固溶體以及Mg 2Cu共晶組織相，界面反應(yīng)產(chǎn)物不隨 保溫時(shí)間的變化而變化。本發(fā)明將保溫時(shí)間設(shè)定在20?100分鐘，保溫時(shí)間過(guò)短，鎂銅異 種金屬之間反應(yīng)不完全，銅層在界面還有殘留，無(wú)法形成良好的釬焊接頭。增加保溫時(shí)間， 鎂銅異種金屬界面反應(yīng)完全，界面塊狀Mg-Cu-Al三元相最初在鎂合金AZ31B側(cè)產(chǎn)生，尺寸 較小，隨著保溫時(shí)間的增加，塊狀三元相尺寸變大，逐漸的向08F鋼側(cè)遷移；Mg 2Cu共晶組織 在鎂鋼兩側(cè)均有產(chǎn)生，隨著保溫時(shí)間的增加，在08F鋼側(cè)的Mg2Cu共晶組織逐漸消失，而鎂 側(cè)的共晶組織基本上不發(fā)生變化。綜上所述，本發(fā)明方法連接過(guò)程中焊接溫度低、母材變形 小、綠色環(huán)保、焊后精度高，適用于高精度構(gòu)建的連接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積部件表面處 理，并且能很好的避免鎂合金的氧化，進(jìn)而降低在后續(xù)焊接過(guò)程焊縫中氧含量，有效的提高 焊接接頭的抗剪切強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖 1 :Mg_Cu 二元相圖；
[0026] 圖2 :裝卡示意圖；
[0027] 圖3 :本發(fā)明中鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊工藝示意圖；
[0028] 圖4 :用冷噴涂在鎂合金AZ31B表面預(yù)置的純銅涂層；
[0029] 圖5 :焊接溫度530°C，加載壓力0· 0375MPa，純銅涂層厚度50 μ m，保溫時(shí)間60min 下AZ31B/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭微觀組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]
[0031] 實(shí)施例一：
[0032] 1)將AZ31B鎂合金與08F鋼分別切成30 X 10 X 3mm的長(zhǎng)方形條狀，在距離鎂合金 一端末端2?3mm處鉆一個(gè)Φ 2. 5mm的小孔（制備鎂合金微弧氧化層），將鎂合金外表面用 800#砂紙打磨至表面平整有金屬光澤后，放入丙酮溶劑中超聲清洗lOmin，擦拭晾干；
[0033] 2)將08F鋼用800#砂紙打磨至表面平整有金屬光澤后，放入丙酮溶劑中超聲清洗 lOmin，擦拭瞭干；
[0034] 3)用微弧氧化的方法在打磨好的鎂合金六個(gè)表面制備出微弧氧化層，具體微弧氧 化參數(shù)（控制電壓為415V，脈沖頻率為400Hz，占空比為3%，微弧時(shí)間為5min ;配置的電解 液為15L,其具體比例為4g/L娃酸鈉,8g/L氟化鉀，10g/L氫氧化鉀，余量為去離子水。
[0035] 4)將獲得微弧氧化層的鎂合金的一個(gè)30X 10mm表面用800#砂紙打磨光亮進(jìn)行后 一階段的純銅涂層制備；
[0036] 5)用冷噴涂的方法在鎂合金AZ31B表面制備純銅涂層，且涂層厚度為50 μ m。
[0037] 6)將預(yù)置了純Cu層的鎂合金與鋼組合成對(duì)接釬焊結(jié)構(gòu)后，用卡具固定壓緊（如附 圖1所示），并置于真空擴(kuò)散爐真空室中，在焊接卡具與AZ31B鎂合金和08F鋼的接觸面預(yù) 先涂敷阻焊劑；
[0038] 7)關(guān)閉真空室門，施加焊接壓力為0. 0375MPa，待真空度達(dá)到5. 0X10_3Pa以下后 以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，保溫lOmin，再升溫至530°C后，保溫20min，之后隨 爐冷卻至150°C以下，焊接完成。
[0039] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為11. 6MPa。
[0040] 實(shí)施例二：
[0041] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟7中當(dāng)升溫至530°C后，保溫40min。其它與實(shí) 施例一相同。
[0042] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為20. 3MPa。
[0043] 實(shí)施例三：
[0044] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟7中當(dāng)升溫至530°C后，保溫60min。其它與實(shí) 施例一相同。
[0045] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為39. 6MPa。
[0046] 實(shí)施例四：
[0047] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟7中當(dāng)升溫至530°C后，保溫80min。其它與實(shí) 施例一相同。
[0048] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為34. 3MPa。
[0049] 實(shí)施例五：
[0050] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟7中當(dāng)升溫至530°C后，保溫lOOmin。其它與 實(shí)施例一相同。
[0051] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為29. 6MPa。
[0052] 實(shí)施例六：
[0053] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟7中施加焊接壓力為0. 2MPa，待真空度達(dá)到 5. 0 X 10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至480°C，保溫30min，再升溫至495°C后，保溫 20min，其它與實(shí)施例一相同。
[0054] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為12. 5MPa。
[0055] 實(shí)施例六：
[0056] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟5中銅涂層的厚度用1500#砂紙打磨至10 μ m ; 步驟7中施加焊接壓力為0. 05MPa，待真空度達(dá)到5. OX 10_3Pa后以10°C /min的升溫速度 升溫至450°C，保溫lOmin，再升溫至495°C，保溫15min，其它與實(shí)施例一相同。
[0057] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為12. 5MPa。
[0058] 實(shí)施例七：
[0059] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟5中銅涂層的厚度用1500#砂紙打磨至20μπι ; 步驟7中施加焊接壓力為0. IMPa，待真空度達(dá)到5. 0 X 10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升 溫至460°C，保溫20min，再升溫至495°C，保溫40min，其它與實(shí)施例一相同。
[0060] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為23. 5MPa。
[0061] 實(shí)施例八：
[0062] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟5中銅涂層的厚度用1500#砂紙打磨至30μπι ; 步驟7中施加焊接壓力為0. 15MPa，待真空度達(dá)到5. OX 10_3Pa后以10°C /min的升溫速度 升溫至470°C，保溫25min，再升溫至495°C，保溫60min，其它與實(shí)施例一相同。
[0063] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為16. OMPa。
[0064] 實(shí)施例九：
[0065] 本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟5中銅涂層的厚度用1500#砂紙打磨至40 μ m ; 步驟7中施加焊接壓力為0. 2MPa，待真空度達(dá)到5. 0 X 10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升 溫至480°C，保溫30min，再升溫至495°C，保溫80min，其它與實(shí)施例一相同。
[0066] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為20. 5MPa。

【具體實(shí)施方式】 [0067] 十：
[0068] 本實(shí)施例與實(shí)施例六不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· IMPa，待真空度達(dá)到 3. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至460°C，保溫20min，再升溫至515°C，保溫 60min，其它與實(shí)施例六相同。
[0069] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為18. 7MPa。
[0070] 實(shí)施例i^一 ：
[0071] 本實(shí)施方式與實(shí)施例七不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· 05MPa，待真空度達(dá) 到5. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，保溫15min，再升溫至515°C，保溫 80min，其它與實(shí)施例七相同。
[0072] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為32. OMPa。
[0073] 實(shí)施例十二：
[0074] 本實(shí)施例與實(shí)施例八不同的是步驟7中施加焊接壓力為0. 2MPa，待真空度達(dá)到 1.0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至480°C，保溫30min，再升溫至515°C，保溫 20min，其它與實(shí)施例八相同。
[0075] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為16. 5MPa。
[0076] 實(shí)施例十三：
[0077] 本實(shí)施例與實(shí)施例九不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· 05MPa，待真空度達(dá)到 5. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，保溫15min，再升溫至515°C，保溫 40min，其它與實(shí)施例九相同。
[0078] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為24. 6MPa。
[0079] 實(shí)施例十四：
[0080] 本實(shí)施例與實(shí)施例六不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· 15MPa，待真空度達(dá)到 3. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至470°C，保溫25min，再升溫至535°C，保溫 80min，其它與實(shí)施例六相同。
[0081] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為15. 7MPa。
[0082] 實(shí)施例十五：
[0083] 本實(shí)施例與實(shí)施例七不同的是步驟7中施加焊接壓力為0. 2MPa，待真空度達(dá)到 3. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至480°C，保溫30min，再升溫至535°C，保溫 80min，其它與實(shí)施例七相同。
[0084] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為26. 3MPa。
[0085] 實(shí)施例十六：
[0086] 本實(shí)施例與實(shí)施例八不同的是步驟7中施加焊接壓力為0. 05MPa，待真空度達(dá)到 9. 0X10_4Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，保溫15min，再升溫至535°C，保溫 40min，其它與實(shí)施例八相同。
[0087] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為29. 8MPa。
[0088] 實(shí)施例十七：
[0089] 本實(shí)施例與實(shí)施例九不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· lOMPa，待真空度達(dá)到 9. 0X10_4Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至460°C，保溫20min，再升溫至535°C，保溫 20min，其它與實(shí)施例九相同。
[0090] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為36. IMPa。
[0091] 實(shí)施例十八：
[0092] 本實(shí)施例與實(shí)施例六不同的是步驟7中施加焊接壓力為0. 2MPa，待真空度達(dá)到 2. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至480°C，保溫30min，再升溫至555°C，保溫 40min，其它與實(shí)施例六相同。
[0093] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為20. 8MPa。
[0094] 實(shí)施例十九：
[0095] 本實(shí)施例與實(shí)施例七不同的是步驟7中施加焊接壓力為0· 15MPa，待真空度達(dá)到 3. 0X10_3Pa后以10°C /min的升溫速度升溫至470°C，保溫25min，再升溫至555°C，保溫 20min，其它與實(shí)施例七相同。
[0096] 獲得AZ31B鎂合金/Cu/08F鋼接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊接頭，剪切強(qiáng)度最高為33. 8MPa。
【權(quán)利要求】
1. 鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行： 一、 將鎂合金六個(gè)表面打磨平整，去除其表面氧化膜，用微弧氧化的方法在鎂合金表面 制備微弧氧化層； 二、 將微弧氧化后的鎂合金待焊面打磨平整，露出鎂合金金屬光澤，采在鎂合金待焊面 制備厚度為10-50 μ m的純銅涂層； 三、 將預(yù)置了純銅涂層的鎂合金待焊面打磨平整獲得不同的涂層厚度，在酒精溶劑中 清洗，并干燥； 四、 將鋼待焊面打磨平整，露出金屬光澤，置于丙酮溶劑中超聲清洗去除油污，并干 燥； 五、 將預(yù)置了純Cu層的鎂合金與鋼組合成對(duì)接釬焊結(jié)構(gòu)后，在焊接卡具固定壓緊，并 置于擴(kuò)散焊爐的真空室中，此外，在焊接卡具與鎂合金和鋼的接觸面上預(yù)先涂敷阻焊劑； 六、 施加0. 0375?0. 2MPa的焊接壓力，待真空度低于5X 10_3Pa后，以10°C /min的升 溫速度升溫至450?480°C，保溫10?40min，再升溫至495?555°C，保溫20?lOOmin 后，隨爐冷卻至150°C以下，取出焊接試樣，完成釬焊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于所述 的鎂合金為AZ31B，鋼為08F冷軋鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于步驟 三中將預(yù)置了純Cu層的鎂合金待焊面用1500#金相砂紙打磨，然后將待焊面用100%酒精 溶劑中清洗，并干燥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于步驟 三中將鋼待焊面用800#金相砂紙打磨平整，露出金屬光澤，置于丙酮溶劑中超聲清洗5? lOmin，并干燥。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于步驟 六中真空擴(kuò)散爐中的真空度為9 X 10_4?5 X 10_3Pa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于步驟 六中真空擴(kuò)散爐中的真空度為3X l(T3Pa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的接觸反應(yīng)擴(kuò)散釬焊連接方法，其特征在于：微 弧氧化參數(shù)控制電壓為410?430V，脈沖頻率為400Hz，占空比為3%，微弧時(shí)間為4? 8min ;電解液為比例為3?6g/L娃酸鈉，6?9g/L氟化鉀，9?12g/L氫氧化鉀，余量為去 離子水。
【文檔編號(hào)】B23K1/20GK104084658SQ201410310776
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】李紅, 龍偉民, 聶海杰, 鐘素娟, 陳卓, 裴艷虎 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué), 鄭州機(jī)械研究所