本发明属于金属材料
技术领域：
，具体涉及一种镁合金与纯铜或铜合金的扩散焊接方法。
背景技术：
：镁合金具有高的比强度、比刚度、导电性能好、电磁屏蔽性强和易切削加工的优点。铜及铜合金具有优良的导电性，稳定性好，抗腐蚀性强。因此将镁铜异种金属实现优质连接具有重要意义，可以满足在特殊环境下的服役需求。作为一种迅速崛起的新型绿色工程结构材料，镁合金在航空航天、国防、汽车工业、电子通讯等领域都具有广阔的应用前景。而镁合金的发展及应用离不开连接问题，良好的连接是简化产品设计、降低产品成本的有效措施之一，因此连接技术的发展将直接影响镁合金的广泛应用。镁铜连接技术的难点主要有以下几点：1)固态下镁与铜的互溶性很小，物理性能差异较大，例如铜的熔点为1083℃，而镁的熔点为650℃，铜的线膨胀系数为16.610-6k-1,而镁的线膨胀系数25.810-6k-1,铜的热导率为359.2jkg-1k-1，而镁的热导率为144.6jkg-1k-1。这些原因将导致焊后的残余应力，使接头性能下降。2)化学性能差异，两者的晶格类型，晶格常数，原子半径不同。3)镁与氧的亲和力极强，易与氧结合形成稳定的氧化膜，在扩散焊的开始阶段难以破坏和蒸发，使元素扩散受到阻碍。4)为了避免镁合金晶粒的过度长大，扩散焊温度不应高于500℃，而阿雷尼乌斯公式表明，大多数固相金属材料无法在这样的温度下得到较高的扩散系数。目前有一种采用磁控溅射或者热浸镀的方法，在扩散面上预先沉积一层镀层，作为中间层材料，然后进行扩散焊接，但是该方法对设备要求较高，工艺复杂；目前也有一种在不同温度下二次扩散焊接的方法，然而二次扩散焊接的周期较长。技术实现要素：本发明的目的在于：针对上述现有技术中镁铜连接存在的技术难点以及现有技术存在的问题，本发明采用一种互不固溶合金材料作为中间层材料，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜或铜合金进行焊接，工艺简单，周期较短，得到机械性能较好的焊接接头。本发明采用的技术方案如下：一种镁合金与纯铜或铜合金的扩散焊接方法，该方法以互不固溶合金材料为中间层材料，所述中间层材料包括金属a和金属b，其中金属a的熔点高于金属b，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜或铜合金进行焊接，且扩散焊接时的温度在a、b金属熔点之间，具体包括以下步骤：s1.将金属a以质量占中间层材料总质量的98-99.5％熔炼成液态，然后加入金属b粉末，搅拌均匀，浇铸入模具中，加工成薄层即得中间层材料；s2.对镁合金、纯铜或铜合金以及中间层材料进行打磨和抛光，然后进行超声清洗；s3.将清洗后的镁合金、纯铜或铜合金以及中间层材料取出吹干，并迅速将中间层材料放置在镁合金和纯铜或铜合金之间，装配固定，进行真空扩散焊接。本发明以一种互不固溶合金材料作为中间层材料，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜或铜合金进行焊接，其中低熔点组分的金属在真空扩散焊接温度下将作为液态活性因子，促进原子的扩散过程，从而形成机械性能较好的焊接接头。进一步地，真空扩散焊接的条件为：首先抽真空，以15-30℃/min的升温速度将温度升至焊接温度，并施加2-5mpa压力，保温15-90min，保温结束以后冷却到150℃以下，停止抽真空。进一步地，真空扩散焊接的条件为：首先抽真空，以15℃/min的升温速度将温度升至焊接温度，并施加2mpa压力，保温25min，保温结束以后冷却到100℃，停止抽真空。温度对扩散过程有较大影响，扩散温度t越高，扩散系数越大，金属的塑形变形能力越好，连接表面达到紧密接触所需的压力越小，但是加热温度受到再结晶，低熔共晶和金属间化合物生成等因素的影响。一般连接温度都在0.6-0.8t范围内。在固相扩散连接中，元素之间的互扩散引起化学反应，温度越高，反应越激烈，生成反应相的种类也越多，反应层越厚。在铜镁扩散焊接中，在中间层中如采用银中添加铋，当温度过高时，镁和银会产生共晶液相，可能会在压力的作用下，发生挤出，使中间层失去阻隔作用，造成镁铜相互扩散，产生大量的金属间化合物，这些金属间化合物大多数是硬而脆的物质，造成接头性能下降。当温度太低，界面处于活化状态的原子少，无法形成良好的结合界面。因而本发明对温度进行限定，以获得最优的扩散焊接效果。由mg-cu二元相图可以知道，镁和铜之间固溶度很小，铜在镁中几乎不溶，而镁在铜中饱和溶解度2.73at％，而镁的质量分数在0.035％～97.23％之间则全是金属间化合物相。但如果利用银做中间层材料，由mg-ag相图和cu-ag相图，二者的固溶度都比较大，可以避免这种铜镁脆性相的产生。进一步地，中间层材料中，金属a的质量占中间层材料总质量的98％，金属b的质量占中间层材料总质量的2％。进一步地，中间层材料中，金属a的质量占中间层材料总质量的99％，金属b的质量占中间层材料总质量的1％。进一步地，中间层材料中，金属a的质量占中间层材料总质量的99.5％，金属b的质量占中间层材料总质量的0.5％。进一步地，金属a为铝，金属b为锡。进一步地，金属a为银，金属b为铋。进一步地，金属a为铁，金属b为铋。进一步地，s1步骤中，对镁合金和纯铜或铜合金依次采用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w2.5的钻石抛光膏进行抛光；对中间层材料采用1200#或1500#的砂纸进行打磨，采用抛光粒度为w1.5的钻石抛光膏进行抛光。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明采用一种互不固溶合金材料作为中间层材料，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜或铜合金进行焊接，其中低熔点组分的金属在真空扩散焊接温度下将作为液态活性因子，促进原子的扩散过程，从而形成结构稳定、机械性能较好的焊接接头；2、本发明相对溅射、浸镀等处理方法，本发明技术方案可减少实验成本，降低对设备的要求，缩短实验周期，工艺简单有效；3、本发明焊接后整体变形小、不开裂，可靠性高；焊接剪切强度高，焊合率高，机械性能较好。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本发明较佳实施例提供的一种镁合金与纯铜的扩散焊接方法，该方法以互不固溶合金材料为中间层材料，所述中间层材料包括银和铋，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜进行焊接，具体包括以下步骤：s1.将银以质量占中间层材料总质量的98％熔炼成液态，然后加入质量占中间层材料总质量2％的铋粉末，搅拌均匀，浇铸入模具中，加工成薄层即得中间层材料；s2.对镁合金和纯铜依次采用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w2.5的钻石抛光膏进行抛光，对中间层材料采用1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w1.5的钻石抛光膏进行抛光，用丙酮作为有机溶剂进行超声波清洗15min，表面处理以去除扩散面上附着的氧化物或其他可能影响扩散工艺的杂质，并且使表面粗糙度达到要求；s3..将清洗后的镁合金、纯铜以及中间层材料取出吹干，并迅速将中间层材料放置在镁合金和纯铜之间，装配固定，放入扩散焊炉中，之后开始抽真空进行扩散焊接，以15℃/min的升温速度将温度升至450℃，施加2mpa压力，保温30min，保温结束以后随炉冷却到145℃，停止抽真空，打开炉子将试件取出，即得到通过中间层材料连接的镁铜扩散焊接头。实施例2本发明较佳实施例提供的一种镁合金与铜合金的扩散焊接方法，该方法以互不固溶合金材料为中间层材料，所述中间层材料包括铝和锡，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜合金进行焊接，具体包括以下步骤：s1.将铝以质量占中间层材料总质量的99.5％熔炼成液态，然后加入质量占中间层材料总质量0.5％的锡粉末，搅拌均匀，浇铸入模具中，加工成薄层即得中间层材料；s2.对镁合金和铜合金依次采用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w2.5的钻石抛光膏进行抛光，对中间层材料采用1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w1.5的钻石抛光膏进行抛光，用丙酮作为有机溶剂进行超声波清洗15min，表面处理以去除扩散面上附着的氧化物或其他可能影响扩散工艺的杂质，并且使表面粗糙度达到要求；s3..将清洗后的镁合金、铜合金以及中间层材料取出吹干，并迅速将中间层材料放置在镁合金和铜合金之间，装配固定，放入扩散焊炉中，之后开始抽真空进行扩散焊接，以15℃/min的升温速度将温度升至430℃，施加3mpa压力，保温15min，保温结束以后随炉冷却到120℃，停止抽真空，打开炉子将试件取出，即得到通过中间层材料连接的镁铜扩散焊接头。实施例3本发明较佳实施例提供的一种镁合金与纯铜的扩散焊接方法，该方法以互不固溶合金材料为中间层材料，所述中间层材料包括铁和铋，利用真空扩散焊技术对镁合金和铜进行焊接，具体包括以下步骤：s1.将铁以质量占中间层材料总质量的99％熔炼成液态，然后加入质量占中间层材料总质量1％的铋粉末，搅拌均匀，浇铸入模具中，加工成薄层即得中间层材料；s2.对镁合金和纯铜依次采用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸进行打磨，采用粒度为w2.5的钻石抛光膏进行抛光，对中间层材料采用1500#的砂纸进行打磨，采用粒度为w1.5的钻石抛光膏进行抛光，用丙酮作为有机溶剂进行超声波清洗15min，表面处理以去除扩散面上附着的氧化物或其他可能影响扩散工艺的杂质，并且使表面粗糙度达到要求；s3..将清洗后的镁合金、纯铜以及中间层材料取出吹干，并迅速将中间层材料放置在镁合金和纯铜之间，装配固定，放入扩散焊炉中，之后开始抽真空进行扩散焊接，以15℃/min的升温速度将温度升至470℃，施加3mpa压力，保温15min，保温结束以后随炉冷却到130℃，停止抽真空，打开炉子将试件取出，即得到通过中间层材料连接的镁铜扩散焊接头。实验例本发明实施例1～3扩散焊接后得到产品及其性能测试结果见表1所示。表1扩散焊接结构及性能表实施例123剪切强度/mpa66.865.666.2焊合率/％99.499.699.5由表1中性能测试结果可知，实施例1～3的产品焊接接头剪切强度均可达到65mpa以上，焊合率高达99％以上，焊接接头机械性能较好。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12