技术领域
[0001] 本
发明属于异种金属的连接技术领域，具体涉及一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法。
背景技术
[0002] 多年来，金属材料在工业生产中一直占据着举足轻重的地位，特别是金属材料的
机械加工与连接技术，成为实现金属材料在工业生产中可靠应用的保证。众所周知，异种金属的连接构件在实际应用中能够体现出多重优点，如
钢和
铝连接后，
焊接构件不仅体现钢的高强度，冷加工性能优良，
耐磨性好的特点，还能使构件具有铝的比重轻，电导率好等特点，因此异种金属焊接构件具有非常广阔的应用前景。
[0003] 但当异种金属之间的物理和化学性能存在差异，如两者的熔点、导热率、线膨胀系数差异较大时，对接头的界面熔合及焊后残余应
力产生较大影响，易造成接头裂纹等
缺陷的产生，接头强度不高。如采用
熔化焊进行钢与铝的连接时，由于两者较大的导热率和线胀系数差异，且熔点差别超过500℃，因此，焊后
焊缝存在着较大的热
应力及残余应力，此外焊后的接头强度存在脆性化合物，接头强度低。为解决这些问题，通常需要采用较为复杂的连接工艺及技术手段。
发明内容
[0004] 本发明目的是要解决现有异种金属连接时存在接头强度低，工艺复杂的问题，而提供一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法。
[0005] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0006] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对金属A表面进行毛化处理，得到毛刺间2
的横向及纵向中心距离均为2mm～5mm，分布
密度为4～16个/cm，高度为1～10mm的表面毛刺，获得表面毛化后的金属A；
[0007] 二、表面清理：将金属B的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#
砂纸进行表面打磨5～15min，然后清洗；
[0008] 将表面毛化后的金属A采用钢刷对毛化区域进行打磨5～15min，然后放入丙
酮中超声清洗5～20min后烘干；
[0009] 三、装配：金属A和金属B采用平行接头或搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入
真空扩散焊炉中，施加2～8MPa压力；
[0010] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，金属B的焊接
温度为熔点以下50℃～150℃，升温速率为5℃～100℃/min，保温时间为30～90min，然后以2℃～100℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成；
[0011] 其中，所述金属A熔点应高于金属B熔点300℃以上，且金属B应具有较好的塑形。
[0012] 本发明金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，通过在金属A表面制备毛刺，实现了异种金属待焊面
接触形式的改变。通过毛刺刺入塑形好的低熔点被焊金属B内部，去除金属B表面
氧化膜并增大待焊接触面积，促进异种金属之间的互相扩散和化学反应，形成更为可靠的
冶金结合。特别是，通过
扩散焊接与机械连接复合作用，形成异种金属间的高强度接头。
[0013] 本发明采用的工艺方法简单，成本低，适用于多体系的异种金属连接。
附图说明
[0014] 图1为
实施例一步骤一中采用冷金属过渡方法对
不锈钢钢板表面进行毛化后的侧视图；
[0015] 图2为实施例一步骤一中采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化后的俯视图；
[0016] 图3为实施例一所获得的接头界面组织结构背散射图。
具体实施方式
[0017] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0018] 具体实施方式一：本实施方式一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0019] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对金属A表面进行毛化处理，得到毛刺间2
的横向及纵向中心距离均为2mm～5mm，分布密度为4～16个/cm，高度为1～10mm的表面毛刺，获得表面毛化后的金属A；
[0020] 二、表面清理：将金属B的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨5～15min，然后清洗；
[0021] 将表面毛化后的金属A采用钢刷对毛化区域进行打磨5～15min，然后放入丙酮中超声清洗5～20min后烘干；
[0022] 三、装配：金属A和金属B采用平行接头或搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加2～8MPa压力；
[0023] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，金属B的焊接温度为熔点以下50℃～150℃，升温速率为5℃～100℃/min，保温时间为30～90min，然后以2℃～100℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成；
[0024] 其中，所述金属A熔点应高于金属B熔点300℃以上，且金属B应具有较好的塑形。
[0025] 本实施方式步骤一中冷金属过渡方法对金属A表面进行毛化处理，采用直径为0.5～1.5mm的金属
焊丝。
[0026] 本实施方式步骤二中金属B的表面打磨，目的是破除部分氧化膜及杂质，并使表面光滑。
[0027] 本实施方式步骤二中表面毛化后的金属A采用钢刷对毛化区域进行打磨，目的是破除表面氧化膜及杂质。
[0028] 本实施方式步骤三中施加压力，目的是使构件在升温前紧密接触。
[0029] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中得到毛刺间2
的横向及纵向中心距离均为3mm，分布密度为9个/cm，高度为3mm的表面毛刺。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0030] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中将金属B的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
[0031] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中当金属B为表面易形成氧化膜的铝或铝
合金时，打磨后的清洗采用放入
质量分数为5％的NaOH溶液中清洗1～2min，用蒸馏
水清洗后，再放入质量分数3％～4％的稀HNO3溶液中清洗1～2min，用蒸馏水冲洗后烘干。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
[0032] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中当金属B为表面不易形成氧化膜的金属时，打磨后的清洗采用放入丙酮中超声清洗5～20min后烘干。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
[0033] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将表面毛化后的金属A采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
[0034] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加4MPa压力。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
[0035] 具体实施方八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中真空-3度保持在5.0×10 Pa以上，金属B的焊接温度为熔点以下100℃，升温速率为50℃/min，保温时间为60min，然后以50℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
[0036] 采用下述实施例验证本发明效果：
[0037] 实施例一：
[0038] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0039] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化处理，得到毛2
刺间的横向及纵向中心距离均为3mm，分布密度为9个/cm，高度为3mm的表面毛刺，获得表面毛化后的不锈钢钢板；
[0040] 二、表面清理：将纯铝的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min，然后放入质量分数为5％的NaOH溶液中清洗2min，用蒸馏水清洗后，再放入质量分数4％的稀HNO3溶液中清洗2min，用蒸馏水冲洗后烘干；
[0041] 将表面毛化后的不锈钢钢板采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0042] 三、装配：不锈钢钢板和纯铝采用搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加4MPa压力；
[0043] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，纯铝的焊接温度为600℃，升温速率为20℃/min，保温时间为60min，然后以10℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成。
[0044] 本实施例步骤一中采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化后的照片，如图1和图2所示。
[0045] 本实施例所获得的接头界面组织结构背散射照片，如图3所示，可以看出，采用该方法获得了完整的高质量不锈钢与纯铝焊接接头，接头无裂纹存在。经测试，接头的平均室温抗剪强度达到71MPa，为直接扩散连接接头强度的3倍左右。
[0046] 实施例二：
[0047] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0048] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化处理，得到毛2
刺间的横向及纵向中心距离均为2mm，分布密度为12个/cm，高度为2mm的表面毛刺，获得表面毛化后的不锈钢钢板；
[0049] 二、表面清理：将紫
铜的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0050] 将表面毛化后的不锈钢钢板采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0051] 三、装配：不锈钢钢板和紫铜采用搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加3.5MPa压力；
[0052] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，紫铜的焊接温度为950℃，升温速率为20℃/min，保温时间为30min，然后以10℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成。
[0053] 本实施例所获得的接头经测试，接头的平均室温抗剪强度达到160MPa。
[0054] 实施例三：
[0055] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0056] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化处理，得到毛2
刺间的横向及纵向中心距离均为3mm，分布密度为9个/cm，高度为3mm的表面毛刺，获得表面毛化后的不锈钢钢板；
[0057] 二、表面清理：将纯铝的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min，然后放入质量分数为5％的NaOH溶液中清洗2min，用蒸馏水清洗后，再放入质量分数4％的稀HNO3溶液中清洗2min，用蒸馏水冲洗后烘干；
[0058] 将表面毛化后的不锈钢钢板采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0059] 三、装配：不锈钢钢板和纯铝采用搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加2.5MPa压力；
[0060] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，纯铝的焊接温度为570℃，升温速率为20℃/min，保温时间为60min，然后以10℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成。
[0061] 本实施例所获得的接头经测试，接头的平均室温抗剪强度达到69MPa。
[0062] 实施例四：
[0063] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0064] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化处理，得到毛2
刺间的横向及纵向中心距离均为3mm，分布密度为9个/cm，高度为3mm的表面毛刺，获得表面毛化后的不锈钢钢板；
[0065] 二、表面清理：将纯铝的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min，然后放入质量分数为5％的NaOH溶液中清洗2min，用蒸馏水清洗后，再放入质量分数4％的稀HNO3溶液中清洗2min，用蒸馏水冲洗后烘干；
[0066] 将表面毛化后的不锈钢钢板采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0067] 三、装配：不锈钢钢板和纯铝采用搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加3MPa压力；
[0068] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，纯铝的焊接温度为600℃，升温速率为20℃/min，保温时间为30min，然后以10℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成。
[0069] 本实施例所获得的接头经测试，接头的平均室温抗剪强度达到67MPa。
[0070] 实施例五：
[0071] 一种金属表面冷金属过渡毛化后与异种金属连接的方法，按以下步骤进行的：
[0072] 一、制备毛化表面：采用冷金属过渡方法对不锈钢钢板表面进行毛化处理，得到毛2
刺间的横向及纵向中心距离均为3mm，分布密度为9个/cm，高度为2mm的表面毛刺，获得表面毛化后的不锈钢钢板；
[0073] 二、表面清理：将纯铝的连接界面依次采用400#、800#、1000#和1500#砂纸进行表面打磨10min，然后放入质量分数为5％的NaOH溶液中清洗2min，用蒸馏水清洗后，再放入质量分数4％的稀HNO3溶液中清洗2min，用蒸馏水冲洗后烘干；
[0074] 将表面毛化后的不锈钢钢板采用钢刷对毛化区域进行打磨10min，然后放入丙酮中超声清洗10min后烘干；
[0075] 三、装配：不锈钢钢板和纯铝采用搭接接头的形式进行装配，装配好的构件放入真空扩散焊炉中，施加3MPa压力；
[0076] 四、焊接：真空扩散焊炉中的焊接过程，真空度保持在5.0×10-3Pa以上，纯铝的焊接温度为600℃，升温速率为20℃/min，保温时间为30min，然后以10℃/min的速率使炉内温度降至200℃以下，开炉取件，即完成。
[0077] 本实施例所获得的接头经测试，接头的平均室温抗剪强度达到88MPa。
