一種用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種純鋁材料的表面處理方法及其在鋁/鎳擴散連接中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及鋁合金具有低密度，高韌性，良好的熱穩(wěn)定性，以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一。鎳是一種適用于各種苛刻腐蝕環(huán)境的金屬材料，將這兩種材料連接起來制成鋁/鎳復(fù)合構(gòu)件可以充分發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)良性能，具有重要的理論和實用意義。
[0003]由于純鋁表面極易形成一層致密的氧化鋁薄膜，并且氧化鋁的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在焊接過程中很難自發(fā)分解或溶解于金屬中。因此，目前廣泛應(yīng)用于鋁及鋁合金的連接方法主要為熔焊、攪拌摩擦焊等去膜效果比較好的焊接技術(shù)。而當(dāng)需要實現(xiàn)異種材料連接或得到精密連接結(jié)構(gòu)時，擴散連接是一種極為重要甚至唯一可靠的連接方法。擴散連接工藝簡單，接頭質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)變形小，可連接大面積接頭，是一種極具實用價值的高質(zhì)量連接方法。對于鋁及鋁合金的擴散連接研究，主要采用提高擴散連接溫度、延長保溫時間或提高連接壓力的方式來實現(xiàn)，這主要是由于鋁極易在表面形成一層致密的氧化膜，對擴散連接有著很大的阻礙作用。因此對鋁合金去除氧化膜十分重要，常見的去膜方法有化學(xué)法，變形法，等離子轟擊法等，它們分別有易發(fā)生二次氧化，加工困難，設(shè)備成本高等缺點。
[0004]中國專利申請“一種加速制備合金涂層的方法”(專利公開號:1584102A)是在封閉振動容器內(nèi)放置介質(zhì)球，復(fù)合粉劑和待處理零件，同時將封閉容器放置于加熱爐內(nèi)，經(jīng)過多個物理化學(xué)作用進而在金屬表面形成金屬化合物涂層。該方法設(shè)備復(fù)雜，表面處理溫度高易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金屬化合物，在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用會有很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是減少鋁表面氧化膜對原子擴散的阻礙作用得到優(yōu)良的連接質(zhì)量，避免因直接擴散連接而造成的母材性能下降，從而實現(xiàn)鋁和鎳的可靠連接。
[0006]本發(fā)明的一種用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理方法，它是采用機械振動表面處理法對純鋁表面進行處理；具體處理方法如下:
[0007]取純鋁進行軟化退火處理后，粘于不銹鋼罐子的底部，在罐中加入鎳粉末和不銹鋼小球，將不銹鋼罐剛性固定于上下往復(fù)振動的振動臺上，進行機械振動表面處理，即完成所述的用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理；其中，機械振動表面處理條件為:振動時間為30?60min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為2.5?5mm，小球數(shù)量為100?200個；所述的鎳粉末加入量為5?10g。
[0008]本發(fā)明提出的純鋁的機械振動表面處理過程:將純鋁板材線切割加工成厚度，大小合適的試樣，在350°C下進行軟化退火處理后，用502膠水粘于不銹鋼罐子的底部，在罐中加入一定質(zhì)量的鎳粉末和一定數(shù)量不銹鋼小球。將不銹鋼罐剛性固定于可上下往復(fù)振動的振動臺上，鋼球會隨振動試驗機的振動產(chǎn)生無規(guī)則上下運動，粘著粉末與底部的純鋁試樣發(fā)生反復(fù)碰撞，使純鎳粉末可以涂覆于純鋁母材表面甚至嵌入其中，達到表面處理的作用。
[0009]本發(fā)明提出的機械振動表面處理方法的原理:在球-粉-球的碰撞過程中，粉末得以細化并吸收小球帶來的機械能。在球-粉-金屬試樣的不斷碰撞過程中，粘著粉末的小球與純鋁母材之間的劇烈碰撞，有利于純鋁表面氧化膜的破碎，且純鎳粉末與純鋁母材之間由于碰撞導(dǎo)致的能量升高會不斷發(fā)生冷焊，鎳會部分鑲嵌入純鋁母材，最終會形成厚度不均勻的涂層。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0011]用本發(fā)明提出表面處理方法處理后的鋁母材與純鎳母材進行擴散連接，開始階段，由于純鋁母材經(jīng)過了機械振動表面處理后表面十分粗糙，在壓力作用下表面發(fā)生變形會使部分氧化膜破碎，而且在表面處理的過程中，在小球的劇烈碰撞下部分氧化膜也會破碎進而被鎳取代。然后在焊接壓力和焊接溫度的作用下純鋁母材先和純鋁進行表面處理時嵌入鋁表面的鎳先發(fā)生擴散反應(yīng)。最后，純鋁母材與純鎳母材發(fā)生擴散反應(yīng)，反應(yīng)層與鋁結(jié)合的界面呈鋸齒狀。
[0012]與常規(guī)擴散連接相比，對純鋁進行本發(fā)明提出的機械振動表面處理后得到的鋁/鎳擴散連接接頭由于氧化膜的減少，原子擴散更充分，間隙更少，焊合率明顯提高，連接質(zhì)量得到了顯著的改善。
[0013]本發(fā)明采用的機械振動對純鋁表面處理的方法具有成本低、操作簡單、不易發(fā)生二次氧化等顯著優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明機械振動表面處理方法示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明純鋁經(jīng)過表面處理后的宏觀表面形貌照片；
[0016]圖3為本發(fā)明最佳處理工藝參數(shù)下得到的純鋁表面微觀形貌背散射照片；
[0017]圖4為本發(fā)明最佳工藝參數(shù)下得到的純鋁橫截面形貌背散射照片；
[0018]圖5為對純鋁進行機械振動表面處理后得到的鋁/鎳擴散連接接頭照片；
[0019]圖6為應(yīng)用本發(fā)明方法處理的純鋁與純鎳進行擴散連接和常規(guī)方法擴散連接的抗剪強度對比圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式的一種用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理方法，它是采用機械振動表面處理法對純鋁表面進行處理；具體處理方法如下:
[0021]取純鋁進行軟化退火處理后，粘于不銹鋼罐子的底部，在罐中加入鎳粉末和不銹鋼小球，將不銹鋼罐剛性固定于上下往復(fù)振動的振動臺上，進行機械振動表面處理，即完成所述的用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理；其中，機械振動表面處理條件為:振動時間為30?60min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為2.5?5mm，小球數(shù)量為100?200個；所述的鎳粉末加入量為5?10g。
[0022]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述的純鋁為純鋁板材，厚度為1.5mm，直徑為6cm，質(zhì)量純度為99.9%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:純鋁板材在軟化退火處理前，通過線切割加工成厚度為1.5_，直徑為6cm的純鋁板材。其它與【具體實施方式】一相同。
[0024]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述的鎳粉末為純鎳粉末，鎳的超細粉末粒度為7 μ m，質(zhì)量純度為99.9%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:軟化退火處理的退火溫度為350°C。其它與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:對純鋁進行軟化退火處理次數(shù)為2次。其它與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:機械振動表面處理條件為:振動時間為40?60min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為3?5mm，小球數(shù)量為100?150個。其它與【具體實施方式】一相同。
[0028]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:機械振動表面處理條件為:振動時間為50?60min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為4?5mm，小球數(shù)量為100?150個。其它與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:機械振動表面處理條件為:振動時間為60min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為5mm，小球數(shù)量為200個。其它與【具體實施方式】一相同。
[0030]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:機械振動表面處理條件為:振動時間為50min，振動幅度為5mm，振動頻率為50Hz，小球直徑為3mm，小球數(shù)量為150個。其它與【具體實施方式】一相同。
[0031]通過以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0032]實施例1
[0033]本實施例的一種用于鋁/鎳擴散連接的純鋁表面處理方法，它是采用機械振動表面處理法對純鋁表面進行處理；具體處理方法如下:
[0034]取純鋁板材，將純鋁板材線切割加工成厚度，大小合適