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合釬料實現(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，釬焊是實現(xiàn)金屬、陶瓷、復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)生較大的殘余應力，嚴重削弱釬焊接頭的強度，甚至直接導致焊后開裂。此外，釬縫中容易生成大量的脆性化合物，同樣影響接頭力學性能。

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

技術(shù)實現(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程中，由于熱膨脹系數(shù)差異大導致釬焊接頭強度低，以及后續(xù)通過向釬縫中添加增強相顆粒緩解殘余應力存在增強相顆粒易團聚，進而影響接頭力學性能穩(wěn)定性的問題，而提供一種基于空心玻璃微珠復合釬料實現(xiàn)異種材料釬焊的方法。

2、一種空心玻璃微珠復合釬料的制備方法，按以下步驟進行：

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合釬料實現(xiàn)異種材料釬焊的方法，按以下步驟進行：

10、將空心玻璃微珠復合釬料置于兩個異種待焊母材的待連接面之間進行裝配，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合釬料實現(xiàn)異種材料釬焊；

11、所述的異種待焊母材為c/c復合材料、sio2f/sio2復合材料、c/sic復合材料、復相陶瓷、氧化物陶瓷、微晶玻璃、藍寶石、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，有效避免了增強相在釬焊過程中發(fā)生團聚；同時空心玻璃微珠與釬料結(jié)合良好，無孔洞等缺陷存在，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)，有利于緩解釬焊時接頭產(chǎn)生的殘余應力，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性能。

15、3、本發(fā)明空心玻璃微珠復合釬料中的空心玻璃微珠在釬焊過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，顯著抑制了脆性金屬間化合物的生成與團聚，保證了釬焊接頭力學性能。

16、4、本發(fā)明采用空心玻璃微珠復合釬料，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，焊接接頭抗剪強度達到23mpa，相比不加玻璃微珠提高了400％。

17、5、本發(fā)明空心玻璃微珠復合釬料制備方法簡單、成本低，空心玻璃微珠具備熱膨脹系數(shù)低、不易團聚等特點有利于調(diào)控界面組織，緩解接頭殘余應力。此外，采用空心玻璃微珠復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)能夠改善接頭應力分布，并且在裂紋擴展時消耗斷裂能量，增強釬縫性能，提高接頭強度。

18、本發(fā)明可獲得一種基于空心玻璃微珠復合釬料實現(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合釬料的制備方法，其特征在于該制備方法按以下步驟進行：

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

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心玻璃微珠復合釬料的制備方法，其特征在于步驟s2中干燥時真空干燥箱內(nèi)的真空度為1pa～100pa，干燥溫度為60～100℃，干燥時間為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合釬料的制備方法，其特征在于步驟s3中采用機械攪拌的方式進行混合，攪拌速度為10～500r/min，攪拌時間為1～30min。

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

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于空心玻璃微珠復合釬料實現(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合釬料實現(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合釬料實現(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程中，由于熱膨脹系數(shù)差異大導致釬焊接頭強度低，以及向釬縫中添加增強相顆粒緩解殘余應力存在增強相顆粒易團聚，影響接頭力學性能穩(wěn)定性的問題。本發(fā)明空心玻璃微珠復合釬料中的空心玻璃微珠具有較低的比表面積，有效避免了增強相在釬焊過程中發(fā)生團聚；同時空心玻璃微珠與釬料結(jié)合良好，無孔洞等缺陷存在，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)，有利于緩解釬焊時接頭產(chǎn)生的殘余應力，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合釬料實現(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
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9