專利名稱：銀基材料與純鋁材料的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銀基材料的焊接方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)l "AgNi系列觸頭在直流等負(fù)載下的電侵蝕特點(diǎn)，李恒，侯月賓，《電工材料》，3， 2005, p.12 14, 25"公開了AgNi系列觸頭在直流等負(fù)載下的電侵蝕特點(diǎn)。
文獻(xiàn)2 "反應(yīng)合成AgSn02電接觸,材料的電接觸性能研究，劉方方，陳敬超，郭迎春，耿 永紅，管偉明，《稀有金屬》，31， 2007， p.486 490"公開了一種AgSn02電接觸材料的電 接觸性能，上述文獻(xiàn)表明，Ag基材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，接觸電阻低而穩(wěn)定，并且電 弧在其表面運(yùn)動(dòng)性好，弧根能夠迅速移動(dòng)而不會(huì)停滯灼燒，電腐蝕小且均勻，同時(shí)材料本身 機(jī)械加工性良好。正是因?yàn)锳g基材料具有上述優(yōu)點(diǎn)，而被選作大功率開關(guān)觸頭材料。但是Ag 基材料價(jià)格昂貴，若整個(gè)觸頭全部采用此材料，則觸頭造價(jià)極高，難以進(jìn)行工程應(yīng)用。因此， 目前工程上廣泛采用的方法是僅在工作區(qū)域，即觸頭接觸界面及附近區(qū)域采用Ag基材料， 基體區(qū)域，.即除觸頭外的其余部分采用導(dǎo)電性僅次于銀且價(jià)格較低的銅進(jìn)行替代，然后通過 焊接的方法將工作、基體兩區(qū)域連接，最終構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭。
由于觸頭基體材料的用量較大，為了進(jìn)一步降低成本，同時(shí)為了降低觸頭的重量，提高 觸頭開、合動(dòng)作的響應(yīng)速度，采用等體積價(jià)格約為Cu的1/10，密度小于Cu的l/3的純Al作為基 體材料。
Ag基材料-Al復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭制造中，公知的方法是采用爆炸焊方法，盡管爆炸焊的連接強(qiáng) 度較高，接頭抗拉強(qiáng)度70 85MPa，但存在以下明顯的缺點(diǎn).焊后零件的變形過大，需要焊后 機(jī)加使焊件達(dá)到相應(yīng)的尺寸要求，所以，材料浪費(fèi)較大，特別是Ag基材料這一貴重材料利用 率只有50%左右；同時(shí)由于爆炸焊是一種相對(duì)危險(xiǎn)的特種加工工藝，需要復(fù)雜的焊前準(zhǔn)備與 特殊的施焊場(chǎng)所，因此生產(chǎn)效率較低， 一般為每月每人施焊面積為lm2。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)接頭抗拉強(qiáng)度低以及Ag基材料的利用率低的不足，本發(fā)明提供一種 銀基材料與純鋁材料的焊接方法，采用固相擴(kuò)散焊或者瞬間液相擴(kuò)散焊的方法，可以提高接 頭抗拉強(qiáng)度，同時(shí)提高Ag基材料的利用率，降低焊接成本。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案 一種銀基材料與純鋁材料的焊接方法，其特 點(diǎn)是包括下述步驟
(a)在待焊純A1材料的焊接面上，加工一個(gè)與待焊Ag基材料截面尺寸等大的定位槽;
(b) 將經(jīng)過處理的Ag基材料放入經(jīng)過處理的純Al材料上的定位槽后，整體置于真空 擴(kuò)散焊爐內(nèi)的上、下壓頭之間，在上壓頭與Ag基材料、下壓頭與純A1材料之間放置阻焊層， 施加預(yù)壓力0.8 1.2MPa;
(c) 對(duì)真空擴(kuò)散焊爐抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到3.0x10—s 4.0xl(^Pa時(shí)，開始加熱；
(d) 采用固相擴(kuò)散焊，將溫度由室溫升至520 55(TC，加壓3-4MPa，保溫6(K120min， 保溫結(jié)束后隨爐冷卻，且保持壓力不變；
(e) 或者采用瞬間液相擴(kuò)散焊，將溫度由室溫升至500 520°C，加壓4 6MPa,保溫 60 80min,保溫結(jié)束后，卸掉壓力，繼續(xù)升溫至575~590°C保溫，保溫時(shí)間為20 40min,保 溫結(jié)束后隨爐冷卻。
本發(fā)明的有益效果是由于采用固相擴(kuò)散焊或者瞬間液相擴(kuò)散焊的方法對(duì)銀基材料與純 鋁進(jìn)行焊接，與現(xiàn)有技術(shù)爆炸焊接方法相比，使得接頭抗拉強(qiáng)度由現(xiàn)有技術(shù)的70 85MPa提高 到8K104MPa; Ag基材料的利用率由現(xiàn)有技術(shù)的50X提高到90 100W，由于Ag基材料成本 占整個(gè)觸頭材料成本的85%左右，因此，Ag基材料利用率的提高使觸頭材料成本降低了40M 左右；此外，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)爆炸焊接方法相比，無需復(fù)雜的焊前準(zhǔn)備及特殊的施焊場(chǎng)所， 因此生產(chǎn)效率較高， 一般為每月每人施焊面積為6 8m2，是爆炸焊接方法的6 8倍。 '
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。


附圖是本發(fā)明銀基材料與純鋁的焊接方法用裝卡結(jié)構(gòu)。
圖中，l-上壓頭，2-Ag基材料，3-純Al材料，4-阻焊層材料，5-下壓頭，6-定位槽。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例參照附圖。
實(shí)施例1: Ag基材料AglONi與純鋁材料的固相擴(kuò)散焊接。
在待焊純Al材料3的焊接表面上，加工出與待焊Ag基材料2-AglONi截面尺寸等大的 定位槽6，用于Ag基材料2-AglONi在純Al材料3上的裝卡定位，定位槽6深度為Ag基材 料2-AglONi厚度的1/3。
用鋼刷清理純A1材料3待焊表面，即定位槽6的底部及側(cè)壁；用2000#SiC砂紙打磨Ag 基材料2-AglONi待焊接面。將經(jīng)過鋼刷清理純Al材料3和經(jīng)過砂紙打磨Ag基材料2-AglONi 放入乙醇中超聲波清洗5min，冷風(fēng)吹干。將Ag基材料2-AglONi裝入位于純Al材料3上的 定位槽6內(nèi)，放入真空擴(kuò)散焊爐的上壓頭1 、下壓頭5之間，并在上壓頭1與Ag基材料2-AglONi 之間，以及下壓頭5與純Al材料3之間插入阻焊層材料4-陶瓷。阻焊層材料4對(duì)被焊件施加 lMPa預(yù)壓力后，關(guān)閉真空爐門，抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到3.0xl(^Pa時(shí)，開始加熱；當(dāng)溫度達(dá)
到520。C時(shí)，施加4MPa的壓力，保溫120min;保溫結(jié)束后，隨爐冷卻，且冷卻過程中壓力 保持不變，
經(jīng)測(cè)試，接頭抗拉強(qiáng)度81MPa，接頭總變形量為4.65%，且僅需對(duì)純鋁材料進(jìn)行少許機(jī) 械加工，就可滿足觸頭零件的尺寸要求。此方法的生產(chǎn)效率每月每人施焊面積為6m2。 實(shí)施例2: Ag基材料AglONi與純鋁材料的瞬間液相擴(kuò)散焊接。
在待焊純Al材料3的焊接表面上，加工出與待焊Ag基材料2-AglONi截面尺寸等大的 定位槽6，用于Ag基材料2-AglONi在純Al材料3上的裝卡定位，定位槽6深度為Ag基材 料2-AglONi厚度的1/3。
用鋼刷清理純A1材料3待焊表面，即定位槽6的底部及側(cè)壁；用2000#SiC砂紙打磨Ag 基材料2-AglONi待焊接面。將經(jīng)過鋼刷清理純Al材料3和經(jīng)過砂紙打磨Ag基材料2-AglONi 放入乙醇中超聲波清洗5min，冷風(fēng)吹干。將Ag基材料2-AglONi裝入位于純Al材料3上的 定位槽6內(nèi)，放入真空擴(kuò)散焊爐的上壓頭1 、下壓頭5之間，并在上壓頭1與Ag基材料2-AglONi 之間，以及下壓頭5與純Al材料3之間插入阻焊層材料4-云母。阻焊層材料4對(duì)被焊件施加 lMPa預(yù)壓力后，關(guān)閉真空爐門，抽寘空。當(dāng)真空度達(dá)到3.5xl(^Pa時(shí)，開始加熱；當(dāng)溫度達(dá) 到530。C時(shí)，施加4MPa的壓力，保溫80min;保溫結(jié)束后，卸掉壓力，繼續(xù)升溫至575。C， 保溫時(shí)間為40min，保溫結(jié)束后隨爐冷卻。
經(jīng)測(cè)試，接頭抗拉強(qiáng)度104MPa，接頭變形量4.93%，且僅需對(duì)純鋁材料進(jìn)行少許機(jī)械加 工，就可滿足觸頭零件的尺寸要求。此方法的生產(chǎn)效率每月每人施焊面積為6m2。
實(shí)施例3: Ag基材料AgSn02與純鋁材料的固相擴(kuò)散焊接。
在待焊純Al材料3的焊接表面上，加工出與待焊Ag基材料2-AgSn02截面尺寸等大的 定位槽6，用于Ag基材料2-AgSn02在純Al材料3上的裝卡定位，定位槽6深度為Ag基材 料2-AgSn02厚度的2/5。
用鋼刷清理純A1材料3待焊表面，即定位槽6的底部及側(cè)壁；用2000#SiC砂紙打磨Ag 基材料2-AgSn02待焊接面。將經(jīng)過鋼刷清理純Al材料3和經(jīng)過砂紙打磨Ag基材料2-AgSn02 放入乙醇中超聲波清洗5min，冷風(fēng)吹干。將Ag基材料2-AgSn02裝入位于純Al材料3上的 定位槽6內(nèi)，放入真空擴(kuò).散焊爐的上壓頭1 、下壓頭5之間，并在上壓頭1與Ag基材料2-AgSn02 之間，以及下壓頭5與純Al材料3之間插入阻焊層材料4-云母。阻焊層材料4對(duì)被焊件施加 lMPa預(yù)壓力后，關(guān)閉真空爐門，抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到3.5xlO—Spa時(shí)，開始加熱；當(dāng)溫度達(dá) 到540。C時(shí)，施加3MPa的壓力，保溫80min;保溫結(jié)束后，隨爐冷卻，且冷卻過程中壓力 保持不變。
經(jīng)測(cè)試，接頭抗拉強(qiáng)度89MPa，接頭變形量5.86%。且僅需對(duì)純鋁材料進(jìn)行少許機(jī)械加
工，就可滿足觸頭零件的尺寸要求。此方法的生產(chǎn)效率每月每人施焊面積為8tn2。 實(shí)施例4: Ag基材料AgSn02與純鋁材料的瞬間液相擴(kuò)散焊接。
在待焊純Al材料3的焊接表面上，加工出與待焊Ag基材料2-AgSn02截面尺寸等大的 定位槽6，用于Ag基材料2-AgSn02在純Al材料3上的裝卡定位，定位槽6深度為Ag基材 料2-AgSn02厚度的2/5。
用鋼刷清理純A1材料3待焊表面，即定位槽6的底部及側(cè)壁；用2000#SiC砂紙打磨Ag 基材料2-AgSn02待焊接面。將經(jīng)過鋼.刷清理純Al材料3和經(jīng)過砂紙打磨Ag基材料2-AgSn02 放入乙醇中超聲波清洗5min，冷風(fēng)吹干。將Ag基材料2-AgSn02裝入位于純Al材料3上的 定位槽6內(nèi)，放入真空擴(kuò)散悍爐的上壓頭1、下壓頭5之間，并在上壓頭1與Ag基材料2-AgSn02 之間，以及下壓頭5與辣Al材料3之間插入阻焊層材料4-陶瓷。阻焊層材料4對(duì)被焊件施加 lMPa預(yù)壓力后，關(guān)閉真空爐門，抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到4.0xl(^Pa時(shí)，開始加熱；當(dāng)溫k達(dá) 到500。C時(shí)，施加6MPa的壓力，保溫60min;保溫結(jié)束后，卸掉壓力，繼續(xù)升溫至590°C, 保溫時(shí)間為20min，保溫結(jié)束后隨爐冷卻。
經(jīng)測(cè)試，接頭抗拉強(qiáng)度94MPa，接頭變形量4.63%。且僅需對(duì)純鋁材料進(jìn)行少許機(jī)械加 工，就可滿足觸頭零件的尺寸要求。此方法的生產(chǎn)效率每月每人施焊面積為8m2。
權(quán)利要求
1、一種銀基材料與純鋁材料的焊接方法，其特征在于包括下述步驟(a)在待焊純Al材料的焊接面上，加工一個(gè)與待焊Ag基材料截面尺寸等大的定位槽；(b)將經(jīng)過處理的Ag基材料放入經(jīng)過處理的純Al材料上的定位槽后，整體置于真空擴(kuò)散焊爐內(nèi)的上、下壓頭之間，在上壓頭與Ag基材料、下壓頭與純Al材料之間放置阻焊層，施加預(yù)壓力0.8～1.2MPa；(c)對(duì)真空擴(kuò)散焊爐抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到3.0×10-3～4.0×10-3Pa時(shí)，開始加熱；(d)采用固相擴(kuò)散焊，將溫度由室溫升至520～550℃，加壓3～4MPa，保溫60～120min，保溫結(jié)束后隨爐冷卻，且保持壓力不變；(e)或者采用瞬間液相擴(kuò)散焊，將溫度由室溫升至500～520℃，加壓4～6MPa，保溫60～80min，保溫結(jié)束后，卸掉壓力，繼續(xù)升溫至575～590℃保溫，保溫時(shí)間為20～40min，保溫結(jié)束后隨爐冷卻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的銀基材料與純鋁材料的焊接方法，其特征在于所述的定位槽， 其深度為Ag基材料厚度加1/3 2/5 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的銀基材料與純鋁材料的焊接方法，其特征在于所述的阻焊層， 其材料是陶瓷或者云母。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銀基材料與純鋁材料的焊接方法，首先在待焊純Al材料的焊接面上，加工一個(gè)與待焊Ag基材料截面尺寸等大的定位槽；將經(jīng)過處理的Ag基材料放入經(jīng)過處理的純Al材料上的定位槽后，整體置于真空擴(kuò)散焊爐內(nèi)的上、下壓頭之間，在上壓頭與Ag基材料、下壓頭與純Al材料之間放置阻焊層，施加預(yù)壓力；然后采用固相擴(kuò)散焊或者瞬間液相擴(kuò)散焊方法焊接銀基材料與純鋁材料。由于采用固相擴(kuò)散焊或者瞬間液相擴(kuò)散焊的方法對(duì)銀基材料與純鋁進(jìn)行焊接，與現(xiàn)有技術(shù)爆炸焊接方法相比，接頭抗拉強(qiáng)度由現(xiàn)有技術(shù)的70～85MPa提高到81～104MPa；Ag基材料的利用率由現(xiàn)有技術(shù)的50％提高到90～100％。
文檔編號(hào)B23K20/24GK101337305SQ20081015060
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者張賦升, 李京龍, 熊江濤 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)