压效应的衰减作用小。因此，搅拌摩擦共晶反应焊去膜效果对工具的扭转效应的 依赖程度低，有利于该工艺拓宽至厚板。
[0039] 该方法以具有共晶反应的异种金属为母材，主要利用高的界面温度引发的母材共 晶反应及工具的挤压作用使氧化膜随共晶液相被挤出，降低了搅拌摩擦钎焊中界面去膜对 工具扭转搅拌作用的苛求，这对于改善厚覆板（因工具的扭转作用在板厚方向梯度衰减以 至于焊接界面处工具扭转作用的破膜效果变差）、高热输入(焊接界面温度高易于导致后焊 界面严重氧化，对工具的扭转破膜要求随之要求变高)工况下界面的破膜效果尤为有价值。
[0040] 对此优点简要分析如下。旋转工具对焊接界面有三种作用：加热作用、挤压作用、 扭转作用。其中"扭转作用"当覆板较厚时，衰减程度明显。而挤压力总是通过上板、界面、下 板，由工作台来平衡，故"挤压效应"随上板厚度增加的衰减程度小于"扭转效应"。对于较厚 的上板(覆板），若采用以前的搅拌摩擦钎焊，旋转工具在界面上的机械扭转作用减弱，对扭 转去膜效果有不利影响。由于本发明"搅拌摩擦共晶反应焊"主要依赖"热因素"（温度引起 界面共晶反应)与"挤压效应在线挤出"母材共晶反应所得液相以实现去膜并优化钎缝 组织），故本发明在厚上板复合或焊接时，相对于以前的搅拌摩擦钎焊在去膜方面具有优 势，能降低界面去膜对工具"扭转作用"的苛求。
[0041] 4)小下压量:本发明借助了搅拌工具和屈服强度较高的上板相接触、摩擦，因此可 以在小的下压量条件下就能产生母材界面共晶反应所需要的温度，覆板变形小、材料损失 少、表面成型好、后续加工简单。以Cu/Al组合为例，在Cu板上摩擦下压量0.2mm即可获得Al-Cu共晶液相。而在Al板上摩擦的搅拌摩擦钎焊（用Zn箱作钎料)需要的下压量为0.5mm(即使 0.5_的下压量也未能产生共晶液相），无钎料时因界面温度低而得不到共晶液相。
[0042] 5)重复多道搅拌摩擦共晶反应焊，即可在免用钎料的情况下，制得由共晶母材组 成的大面积复合板或结构件。
[0043] 6)进行单道焊接时，将板材A及板材B的待焊面打磨后以搭接接头形式进行装配， 将上板的后退侧(RS)固定，上板前进侧(AS)处于自由状态。由于界面液相主要流动方向和 界面扭转力方向一致，界面扭转作用主要依靠搅拌工具肩后部分提供，界面扭转力的方向 和搅拌工具肩后运动方向一致，所以上板前进侧处于自由状态有利于界面液相向前进侧肩 外流动，减少界面共晶液相残留量，同时减小对上板塑性变形的约束，拓宽焊道，改善界面 扭转的去膜效果。
[0044] 7)本发明可用于制备Cu/Al散热器，尤其是Al翅片与Cu板组合的散热器。
【附图说明】
[0045] 图1为单道搅拌摩擦共晶反应焊制备搭接接头的装配示意图（铜/铝搭接装夹，要 求Cu在上，Al在下），1为搅拌工具，2为上板，3为下板，4为压块，5为垫板，6为底座。
[0046] 图2为多道搅拌摩擦共晶反应焊制备双金属复合板(散热器)的搭接装配和流程图 (要求Cu板在上，Al板(铝翅片)在下，每两道焊缝重叠2~4mm): (a)为第一道，（b)为第二道， (c) 为第三道，（d)最后一道。
[0047] 图3为铜/铝、铝/锌搅拌摩擦共晶反应焊搭接接头、复合板和铜/铝翅片散热器外 观图：（a)为单道铜/铝搅拌摩擦共晶反应焊搭接接头及被挤出的共晶液相(工艺参数1180_ 150-3°-0.2-20);(13)为多道铜/铝搅拌摩擦共晶反应焊复合板（工艺参数1180-150-3°-0.2-20); (c)为铝/锌搅拌摩擦共晶反应焊搭接接头(工艺参数1500-150-3°-0.25-20); (d) 为铜/铝翅片搅拌摩擦共晶反应焊散热器(工艺参数1180-150-3°-0.2-20)。
[0048] 图4为铜/铝搅拌摩擦共晶反应焊搭接接头界面处被挤出的共晶液相及致密界面 的背散射照片，大部分区域頂C厚度在ΙΟμπι以下（工艺参数1180-150-3°-0.2-20): (b)、（c)、 (d) 、（e)和(f)依次为(a)中A、B、C、D和E区域的进一步放大图。
[0049] 图5为铜/铝（中间钎料为市购纯锡，厚度0.03mm)搅拌摩擦钎焊搭接接头外观图 (溶蚀坑、表面裂纹)和断口（螺旋状的搅拌痕迹、光滑断口），工艺参数1500-375-3° -0.2-20,（a)为接头外观图（溶蚀坑、表面裂纹），（b)为(a)中虚线框区域放大，（c)为接头断口（断 口光滑，并有螺旋状的搅拌痕迹）。
[0050] 图6为铜/铝（中间钎料为市购纯锌，厚度0.03mm)搅拌摩擦钎焊搭接接头界面宏观 图（焊后焊缝自行开裂），工艺参数1500-300-3°-0.2-20: (b)为(a)中虚线框区域放大，（c) 为(b)中虚线框区域放大。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
[0052] 针对铜/铝组合搅拌摩擦钎焊存在的表面成形、断裂载荷与焊接成本问题，本发明 提出一种"免用钎料"的名为"搅拌摩擦共晶反应焊"的新方法，适用于具有共晶反应的母材 组合，尤为适用于大面积搭接的工况，包括复合板的制备。焊接过程为采用无针或有针工 具，在界面上无需预置钎料(节材），焊前无需退火或预热(节能），利用工具轴肩与一种母材 表面间的摩擦热，在界面上利用共晶反应获得共晶液相，并利用轴肩挤出共晶液相，以破除 氧化膜和排出低熔点脆性共晶组织，最终在界面上获得扩散组织。
[0053]实施例1:单道搅拌摩擦共晶反应焊制备Cu/Al搭接接头
[0054] 选用厚度为2mm(实测1.96mm)的市售纯铜板T2和纯铝1060为待焊件，规格均为100 X 60 X 2mm。采取搭接接头的装配方式，搭接区域的面积为100 X 30mm，上板为铜板，下板为 铝板，如图1所示。搅拌头材质为1013马氏体不锈钢、直径D = 20mm、无针。接头质量以表面 成型质量、剪切强度、界面致密性评价。焊接工艺参数见表1。
[0055]表1. Cu/Al搅拌摩擦共晶反应焊制备接头工艺参数
[0057]表面成形质量:焊接工艺参数（1180-150-3°-0.2-20)条件下接头外观成形参见图 3(a):外观表面光滑，无明显飞边和毛刺;尤其是焊缝前进侧外部出现共晶液相凝固后的金 属球，说明焊接过程中界面温度达到了铝铜共晶反应温度(548°C)，界面发生了共晶反应， 且产生的共晶液相在搅拌工具力学作用下被挤出焊缝。
[0058]界面微观组织：焊接工艺参数（1180-150-3° -0.2-20)条件下所得接头界面宏观 SEM照片参见图4(a)，前进侧肩外有明显的过渡层，其他位置看不到明显的过渡层，整个焊 缝中上下界面均润湿良好，致密，无裂纹和孔洞。
[0059] 从图4(13)、（幻、（(1)、（幻和（〇进一步可以看出：焊缝前进侧外部出现的明显的过 渡层为Cu/Al共晶组织，焊缝内无共晶组织残留，焊缝仅由铜界面上平直过渡层和靠近铝母 材的混合相组成，混合相厚度由前进侧向后退侧方向逐渐变薄，到达C区域时界面表现为两 个平直的过渡层，一直延伸到D区域。焊缝后退侧约有1/5的未焊合区，其余部分的界面致 密。经能谱分析，结合Cu-Al二元相图可判断，铜界面上平直过渡层和混合相中灰色相分别 为 AI4C119 相和 AI2C11 相。
[0060] 致密的界面和连续的金属间化合物层均说明搅拌摩擦共晶反应焊过程中无需添 加钎剂而通过搅拌工具的机械扭转实现铝母材表面氧化膜的破除，产生的新鲜母材在搅拌 工具的顶锻压力下能相互接触。焊缝前进侧外部出现共晶组织，而且焊缝内无共晶组织残 留，说明焊接过程中界面温度达到铜、铝共晶反应温度(548°C)后发生共晶反应，而且产生 的共晶液相在搅拌工具的顶锻作用下被挤出焊缝，最终在界面上获得扩散组织。
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