本發(fā)明涉及異種材料釬焊，具體涉及一種基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法。

背景技術(shù)：

1、異種材料連接組成復(fù)合構(gòu)件可以最大程度發(fā)揮材料各自的優(yōu)異性能，滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的功能和性能要求。相較于其他焊接方法，釬焊是實(shí)現(xiàn)金屬、陶瓷、復(fù)合材料和玻璃等異種材料連接最有效的方法之一。然而，異種材料之間以及母材與釬料之間的熱膨脹系數(shù)差異較大，使得接頭極易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，嚴(yán)重削弱釬焊接頭的強(qiáng)度，甚至直接導(dǎo)致焊后開(kāi)裂。此外，釬縫中容易生成大量的脆性化合物，同樣影響接頭力學(xué)性能。

2、目前，緩解殘余應(yīng)力最常用的方法是采用復(fù)合釬料。復(fù)合釬料是指在傳統(tǒng)的金屬釬料中添加具有低熱膨脹系數(shù)的增強(qiáng)相，降低釬料的熱膨脹系數(shù)，進(jìn)而緩解由熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。向釬料中添加納米al2o3、tio2、cnts等低熱膨脹系數(shù)的增強(qiáng)相顆粒一定程度上會(huì)緩解接頭的殘余應(yīng)力，但當(dāng)增強(qiáng)相添加量較大時(shí)由于其表面能大易團(tuán)聚，接頭力學(xué)性能反而會(huì)降低。故納米增強(qiáng)相的可添加區(qū)間較小，復(fù)合釬料的熱膨脹系數(shù)依舊與母材差異較大，采用納米增強(qiáng)相復(fù)合釬料緩解接頭殘余應(yīng)力的效果極其有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)異種材料之間以及母材和釬料之間釬焊過(guò)程中，由于熱膨脹系數(shù)差異大導(dǎo)致釬焊接頭強(qiáng)度低，以及后續(xù)通過(guò)向釬縫中添加增強(qiáng)相顆粒緩解殘余應(yīng)力存在增強(qiáng)相顆粒易團(tuán)聚，進(jìn)而影響接頭力學(xué)性能穩(wěn)定性的問(wèn)題，而提供一種基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法。

2、一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

3、步驟s1：

4、將空心玻璃微珠分散至去離子水中，在20～30℃下進(jìn)行超聲清洗，超聲清洗結(jié)束后靜置去除沉淀，取上層漂浮物，得到結(jié)構(gòu)完整的空心玻璃微珠；

5、步驟s2：

6、將步驟s1中得到的結(jié)構(gòu)完整的空心玻璃微珠置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥，得到干燥后的空心玻璃微珠；

7、步驟s3：

8、將步驟s2中得到的干燥后的空心玻璃微珠與釬料粉末混合，再加入分散劑，混合均勻后，得到空心玻璃微珠復(fù)合釬料；所述的干燥后的空心玻璃微珠與釬料粉末的質(zhì)量比為(0.001～0.05)：1。

9、基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法，按以下步驟進(jìn)行：

10、將空心玻璃微珠復(fù)合釬料置于兩個(gè)異種待焊母材的待連接面之間進(jìn)行裝配，然后置于釬焊爐中，在真空度為1×10-4～5×10-3pa的條件下升溫至高于釬料熔點(diǎn)20～150℃，并釬焊連接1～60min，釬焊結(jié)束后先冷卻至200～450℃，再冷卻至室溫，完成基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊；

11、所述的異種待焊母材為c/c復(fù)合材料、sio2f/sio2復(fù)合材料、c/sic復(fù)合材料、復(fù)相陶瓷、氧化物陶瓷、微晶玻璃、藍(lán)寶石、ni基合金、ti合金、zr合金、nb合金和fe基合金中的兩種。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、1、本發(fā)明空心玻璃微珠復(fù)合釬料中的空心玻璃微珠具有較低的比表面積，有效避免了增強(qiáng)相在釬焊過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚；同時(shí)空心玻璃微珠與釬料結(jié)合良好，無(wú)孔洞等缺陷存在，且玻璃微珠球形結(jié)構(gòu)保留完好，顯著降低了釬縫的熱膨脹系數(shù)，有利于緩解釬焊時(shí)接頭產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，獲得性能優(yōu)異的釬焊接頭。

14、2、本發(fā)明空心玻璃微珠復(fù)合釬料中的空心玻璃微珠彌散分布在釬縫中，不僅具有一定的支撐作用，還能夠抵抗釬料的高溫軟化現(xiàn)象，從而顯著提高接頭的高溫力學(xué)性能。

15、3、本發(fā)明空心玻璃微珠復(fù)合釬料中的空心玻璃微珠在釬焊過(guò)程中易與釬料中存在的以及母材向釬縫溶解的ti、zr、cr等活性元素優(yōu)先反應(yīng)，顯著抑制了脆性金屬間化合物的生成與團(tuán)聚，保證了釬焊接頭力學(xué)性能。

16、4、本發(fā)明采用空心玻璃微珠復(fù)合釬料，與采用agcuinti釬焊焊接的微晶玻璃與c/c材料相比，所得接頭界面中ti-cu脆性相顯著減少，焊接接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到23mpa，相比不加玻璃微珠提高了400％。

17、5、本發(fā)明空心玻璃微珠復(fù)合釬料制備方法簡(jiǎn)單、成本低，空心玻璃微珠具備熱膨脹系數(shù)低、不易團(tuán)聚等特點(diǎn)有利于調(diào)控界面組織，緩解接頭殘余應(yīng)力。此外，采用空心玻璃微珠復(fù)合釬料連接異種材料將得到多孔結(jié)構(gòu)的釬縫，該多孔結(jié)構(gòu)能夠改善接頭應(yīng)力分布，并且在裂紋擴(kuò)展時(shí)消耗斷裂能量，增強(qiáng)釬縫性能，提高接頭強(qiáng)度。

18、本發(fā)明可獲得一種基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法。

技術(shù)特征：

1.一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于該制備方法按以下步驟進(jìn)行：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s1中空心玻璃微珠的質(zhì)量與去離子水的體積的比為(5～15)g：(600～1000)ml，所述的空心玻璃微珠的直徑為2μm～100μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s1中超聲清洗時(shí)間為0.5～12h，靜置時(shí)間為1h～3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s2中干燥時(shí)真空干燥箱內(nèi)的真空度為1pa～100pa，干燥溫度為60～100℃，干燥時(shí)間為5～12h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s3中所述的釬料粉末為cu基釬料、ag基釬料、ni基釬料、sn基釬料、ti基釬料或zr基釬料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s3中所述的分散劑為無(wú)水乙醇、丙酮、乙二醇、纖維素溶液或異丙醇。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于步驟s3中采用機(jī)械攪拌的方式進(jìn)行混合，攪拌速度為10～500r/min，攪拌時(shí)間為1～30min。

8.基于權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的方法制備的空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法，其特征在于所述的異種待焊母材為微晶玻璃和c/c復(fù)合材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法，其特征在于升溫速率為1～30℃/min，降溫速率為1～50℃/min。

技術(shù)總結(jié)
一種基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法，涉及異種材料釬焊技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)異種材料之間以及母材和釬料之間釬焊過(guò)程中，由于熱膨脹系數(shù)差異大導(dǎo)致釬焊接頭強(qiáng)度低，以及向釬縫中添加增強(qiáng)相顆粒緩解殘余應(yīng)力存在增強(qiáng)相顆粒易團(tuán)聚，影響接頭力學(xué)性能穩(wěn)定性的問(wèn)題。本發(fā)明空心玻璃微珠復(fù)合釬料中的空心玻璃微珠具有較低的比表面積，有效避免了增強(qiáng)相在釬焊過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚；同時(shí)空心玻璃微珠與釬料結(jié)合良好，無(wú)孔洞等缺陷存在，且玻璃微珠球形結(jié)構(gòu)保留完好，顯著降低了釬縫的熱膨脹系數(shù)，有利于緩解釬焊時(shí)接頭產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，獲得性能優(yōu)異的釬焊接頭。本發(fā)明可獲得一種基于空心玻璃微珠復(fù)合釬料實(shí)現(xiàn)異種材料釬焊的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：常青,趙蕓貴,張麗霞,張博,丁暢,王鳳瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9