超声场/电场耦合辅助扩散连接方法技术

一种超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，通过将两个待扩散连接的铝合金板料与镁合金板料的表面贴合固定并施加预设压力，通过脉冲电流对铝合金板料与镁合金板料进行预加热，当升至扩散连接温度后向待扩散连接区域施加超声波振动并降低预设压力，保持扩散连接温度和工作压力至完成扩散连接。本发明专利技术可在大气环境下进行扩散连接，能够显著提高铝合金、镁合金或者两种异种合金扩散连接界面质量和生产效率，简化工艺流程和要求。简化工艺流程和要求。简化工艺流程和要求。

【技术实现步骤摘要】
超声场/电场耦合辅助扩散连接方法


[0001]本专利技术涉及的是一种铝镁合金连接领域的技术，具体是一种异种合金超声场/电场耦合辅助扩散连接方法。

技术介绍

[0002]现有的铝合金或镁合金扩散连接通常需要复杂的氧化层去除过程，并且在扩散连接时采用极高的温度从而使新产生的氧化层进行部分溶解。因此，仍然存在以下问题：1)待扩散连接件从去除到扩散连接过程中仍然会产生新的氧化层，无法完全去除的表面氧化层导致原子无法充分扩散，严重降低扩散连接的接头强度。2)工艺要求高，扩散连接过程中，扩散焊炉需要有高的真空度进行防氧化保护，真空条件下的加热和冷却都会导致生产周期极大增加。3)长时间过高的温度引起扩散连接件的晶粒长大粗化导致其组织力学性能劣化。4)使用合金中间层进行扩散连接，但扩散连接过程中会与母材发生化学反应，生成脆性金属间化合物，降低接头质量。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有铝合金或镁合金表面存在氧化膜导致其扩散连接接头性能差的问题，提出一种超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，可在大气环境下进行扩散连接，能够显著提高铝合金、镁合金或者两种异种合金扩散连接界面质量和生产效率，简化工艺流程和要求。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，通过将两个待扩散连接的铝合金板料与镁合金板料的表面贴合固定并施加预设压力，通过脉冲电流对铝合金板料与镁合金板料进行预加热，当升至扩散连接温度后向待扩散连接区域施加超声波振动并降低预设压力，保持扩散连接温度和工作压力至完成扩散连接。
[0006]所述的预设压力大于扩散连接压力，用以保证待扩散连接表面的紧密接触；优选预设压力为12～15MPa；扩散连接压力为3～10MPa。
[0007]所述的预加热是指：在5～8分钟内升温至工作温度。
[0008]所述的工作温度分别为：铝合金520～550℃，镁合金440～470℃，铝镁异种合金480～510℃，此温度区间内能实现氧化膜的有效去除和铝合金、镁合金的有效连接。
[0009]所述的超声波振动，优选频率为25～35kHz，功率为600～2000W，振幅为7μm～20μm。
[0010]所述的降低预设压力是指：在5～8分钟内将施加的预设压力降压至扩散连接压力。
[0011]所述的保持是指：维持扩散连接温度和工作压力30～120分钟后，关闭超声波振动，断开脉冲电流完成扩散连接。
[0012]所述的待扩散连接表面在贴合固定之前依次通过砂纸打磨、12％的NaOH溶液碱洗
和35％的硝酸溶液酸洗，进行表面清洁。技术效果
[0013]本专利技术通过脉冲电流对铝合金板料与镁合金板料进行预加热，仅需5～8分钟就能升温至扩散连接温度，与传统加热炉升温相比降低了能耗，大大缩短了工时；向待扩散连接区域持续施加超声波振动，能有效的去除铝镁合金表面的氧化膜，并阻止其表面生成新氧化膜，使得镁铝合金焊件的接头强度显著提高。
附图说明
[0014]图1为本实施例的装置结构示意图；
[0015]图2为本实施例的流程示意图；
[0016]图中：1脉冲电源、2垫块、3下绝缘耐温板、4脉冲电源正极夹头、5上模、6变幅杆、7超声波发生器、8测温装置、9上绝缘耐温板、10脉冲电源负极夹头、11上铝合金或镁合金板料、12下铝合金或镁合金板料、13下模。
具体实施方式
[0017]如图1所示，为本实施例涉及一种实现铝合金与镁合金超声场/电场耦合辅助扩散连接的装置，包括：由上而下依次设置的上模模块、上铝合金板料11、下镁合金板料12和下模模块，其中：上铝合金板料11和下镁合金板料12的两端分别通过与脉冲电源相连的正、负极夹头4、10固定连接。
[0018]所述的上铝合金板料11和下镁合金板料12的牌号分别具体为2198(或2195)和AZ31。
[0019]所述的上模模块包括：依次设置的超声波发生器7、变幅杆6、上绝缘耐温板9和上模5。
[0020]所述的下模模块包括：依次设置的下模13、下绝缘耐温板3和垫块2。
[0021]所述的上绝缘耐温板9和下绝缘耐温板3的宽度不小于上铝合金板料11和下镁合金板料12的宽度。
[0022]所述的上铝合金板料11和下镁合金板料12上设有用于对扩散连接区域进行温度监控的热电偶，该热电偶与控制器相连以实时反馈调节脉冲电源1的输入参数。
[0023]如图2所示，为本实施例涉及上述装置的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，包括以下步骤：
[0024]步骤S1、将两个待扩散连接表面贴合固定，并且通过装置施加预设压力。将上铝合金板料11和下镁合金板料12的待扩散连接表面贴合后，通过从脉冲电源1两极引出的正极夹头4和负极夹头10固定。然后将固定后的上铝合金板料11和下镁合金板料12置于上模5和下模13之间，上绝缘耐温板9将上模5和变幅杆6隔开，下绝缘耐温板3将下模13和垫块2隔开，随后压机下行施加预设压力，保证所有接触表面之间紧密贴合。
[0025]所述的预设压力一般为12～15MPa本实施例中优选15MPa。该预设压力必须大于扩散连接时候的工作压力，用以保证板料扩散连接表面的紧密接触。
[0026]步骤S2、通过脉冲电流对上铝合金板料11和下镁合金板料12进行加热。打开所述脉冲电源1，由于焦耳热效应，上铝合金板料11和下镁合金板料12快速升温至扩散连接温
度，利用点焊在上铝合金板料11和下镁合金板料12表面的热电偶监控扩散连接区域的温度并实时调节电流参数，维持温度。快速升温的时间一般为5～8分钟，本实施例中优选5分钟。扩散连接温度一般为480～510℃，本实施例中由优选490℃。
[0027]步骤S3、当温度升至扩散连接温度后施加超声波振动，在第二段设定时间内将装置施加的预设压力降压至扩散连接压力。第二段设定时间一般为5～8分钟，本实施例优选5分钟。工作压力一般为3～10MPa，本实施例中优选10MPa。也就是说，保温5分钟后，压力减小至指定的10MPa。
[0028]步骤S4、保持扩散连接温度和工作压力，在第三段设定时间结束后关闭超声波振动，断开脉冲电流1，压机上压头上行卸去压力完成扩散连接过程。第三段设定时间为30～120分钟，本实施例中优选30分钟。
[0029]本实施例集成了超声波振动、脉冲电流加热、实时测温控温等过程与功能，可根据测量扩散连接区域温度的变化实时调节脉冲电流大小与脉冲频率大小，保证扩散连接过程中温度合适，扩散连接效果稳定。施加超声波振动使得连接可在大气环境下进行，并且无需在扩散连接前特意去除表面氧化层，简化了工艺流程；电辅助扩散连接的手段不仅降低了生产成本，而且极大缩短了工艺周期，节约了能源，提高了铝合金与镁合金扩散连接界面质量。经过剪切强度测试，此方法所得异种合金扩散连接的接头强度可达120MPa以上。
[0030]优选地，待扩散连接表面在贴合固定之前还可进行一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征在于，通过将两个待扩散连接的铝合金板料与镁合金板料的表面贴合固定并施加预设压力，通过脉冲电流对铝合金板料与镁合金板料进行预加热，当升至扩散连接温度后向待扩散连接区域施加超声波振动并降低预设压力，保持扩散连接温度和工作压力至完成扩散连接。2.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的预设压力大于扩散连接压力，用以保证待扩散连接表面的紧密接触；预设压力为12～15MPa；扩散连接压力为3～10MPa。3.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的预加热是指：在5～8分钟内升温至工作温度。4.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的工作温度分别为：铝合金520～550℃，镁合金440～470℃，铝镁异种合金480～510℃，此温度区间内能实现氧化膜的有效去除和铝合金、镁合金的有效连接。5.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的超声波振动，频率为25～35kHz，功率为600～2000W，振幅为7μm～20μm。6.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的降低预设压力是指：在5～8分钟内将施加的预设压力降压至扩散连接压力。7.根据权利要求1所述的超声场/电场耦合辅助扩散连接方法，其特征是，所述的保持是指：维持扩散连接温度和工作压力30～120分钟后，关闭超声波振动，断开脉冲电流完成扩散连接。8.根据权利要求1所述的超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：李细锋，王增宇，安大勇，吴会平，陈劼实，陈军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：