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CN106238710A - 铝铝金属的固液连接方法 - Google Patents

铝铝金属的固液连接方法 Download PDF

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CN106238710A
CN106238710A CN201610729091.1A CN201610729091A CN106238710A CN 106238710 A CN106238710 A CN 106238710A CN 201610729091 A CN201610729091 A CN 201610729091A CN 106238710 A CN106238710 A CN 106238710A
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CN
China
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aluminum
solid
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casting
liquid
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CN201610729091.1A
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叶兵
冯剑
蒋海燕
丁文江
王渠东
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Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
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Publication date
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种铝铝金属的固液连接方法，其包括如下步骤：对固态铝质材料的表面进行镍层保护后，置于模具型腔内；将熔融态铝质材料浇入模具型腔内，进行铸造，使铝铝金属材料之间形成冶金结合，即完成铝铝金属的固液连接。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、与传统焊接方法相比，避免了氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等问题的出现；2、与固固连接方法相比，受外形条件约束小，理论上可以实现任何形状的铝‑铝之间的连接；3、利用复合表面处理工艺很好的解决了表面氧化膜的问题，能够在固态铝预置材料表面形成均匀连续的镍层，使铝‑铝间的连接强度达到较高水平。

Description

铝铝金属的固液连接方法
技术领域
本发明涉及一种铝铝金属的固液连接方法，属于双金属复合材料的制备领域。
背景技术
作为轻质材料的代表，铝合金已经广泛应用在汽车、电子、航空航天等工业中，随着工业的快速发展和技术的不断进步，单一铸造或变形材料以很难满足各个领域对于材料性能的要求，因此将不同材料通过焊接、轧制、挤压等工艺连接在一起，最大限度的发挥不同材料的优点，使其拥有良好的综合性能，是很有必要的。
然而，使用传统焊接方法连接铝-铝合金时，由于铝合金独特的物理化学特性，经常出现氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等一系列的问题。经对现有技术的检索发现，除焊接方法外铝-铝间常见的连接方法按照材料状态的不同可以分为固液连接和固固连接。对于固固连接方法，有研究人员通过轧制和扩散焊等方法将铝-铝合金连接在一起，不过由于铝在大气环境下都非常容易氧化，尤其是高温条件下形成致密的氧化膜，严重阻碍金属之间的相互作用，恶化连接质量，只能形成局部的冶金结合。另外，表面上的油污、杂质等也会影响结合过程。同时固固连接经常受到设备的限制，对于材料的外形、尺寸都有非常严格的要求，这也在一定程度上限制了铝合金材料的推广和应用。
与固固连接方法相比，固液复合技术工序简单、受外形条件约束小、工艺设备要求简单、生产效率高，是铝-铝连接的理想方法。经对现有技术的检索发现，此种方法已经被广泛的应用在钢(固态)-铸件(液态)，铸铁(固态)-铝合金(液态)，钢(固态)-铝合金(液态)，铝合金(固态)-镁合金(液态)，铜(固态)-铸铁(液态)等体系中，制备的双金属复合材料被广泛应用在各个工业领域当中，比如破碎机锤头、铝包钢芯脚线、汽车结构材料等等，被证明是制备双金属复合材料非常经济有效的方法。不过，在铝(固态)和铝(液态)之间通过固液结合形成双金属材料却很少有报导，因为铝合金表面的氧化膜会影响固态预置铝合金和液态铝材料直接的作用，导致其在工业上的应用受到限制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝-铝金属的固液连接方法，解决现有铝-铝连接技术经常导致结合区域刑场氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析，同时氧化膜的存在会严重影响两种金属之间的相互作用以及连接件的性能等一系列的问题，使两种铝合金之间形成冶金结合，具有优良的力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种铝铝金属的固液连接方法，其包括如下步骤：
对固态铝质材料的表面进行镍层保护后，置于模具型腔内；
将熔融态铝质材料浇入模具型腔内，进行铸造，使铝铝材料之间形成冶金结合，即完成铝铝金属的固液连接。
作为优选方案，所述固态铝质材料为纯铝或铝合金。
作为优选方案，所述镍层保护的方法为电镀、化学镀、热浸镀、热喷涂或气相沉积。
作为优选方案，所述镍层的厚度为0.1～10μm。
作为优选方案，所述熔融态铝质材料为纯铝、铸造铝合金或变形铝合金。
作为优选方案，所述铸造的方法为砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造或离心铸造。
作为优选方案，所述挤压铸造中，浇铸温度为580～750℃，挤压的压力为0～120MPa。
作为优选方案，所述金属型铸造中，浇铸温度为580～750℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、与传统焊接方法相比，避免了氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等问题的出现；
2、与固固连接方法相比，受外形条件约束小，理论上可以实现任何形状的铝-铝之间的连接；
3、利用复合表面处理工艺很好的解决了表面氧化膜的问题，能够在固态铝预置材料表面形成均匀连续的镍层，使铝-铝间的连接强度达到较高水平。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1拉伸强度实验式样示意图；
图2为本发明实施例1中6061铝型材和铸态6061界面区域金相图；
图3为本发明实施例4中6061铝型材和铸态A356合金界面区域金相图；
图4为本发明实施例5中6061铝型材和铸态6061界面区域金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及的一种铝-铝的连接方法，包括如下步骤：
步骤一、对待连接6061板材进行镀镍处理，镍层厚度5μm；
步骤二、熔化待浇注铸态6061并精炼；
步骤三、将步骤一所得经过镀镍处理后的6061板材预置在模具型腔内；
步骤四、利用金属型铸造方法，在720℃下将液态6061铝浇注到模具型腔内，使铝-铝之间形成冶金结合，即完成铝-铝金属固液连接。
图2为该条件下6061板材和铸态界面区域金相图，从图中可以观察到在结合区域没有出现氧化夹渣、吸气、热裂等缺陷；两种材料之间形成冶金结合，界面区域有连续分布的金属间氧化物，说明两金属间形成了冶金结合。经拉伸测试(样条制备成哑铃型，如图1所示，两端为液态浇铸金属部1，中间为固态金属部2，相比于基体材料的132MPa，连接处强度达到了150MPa。
实施例2
本实施例涉及一种铝合金固液连接方法，具体方案与实施例1相同，不同之处仅在于：
步骤一中镍层厚度为1μm；
步骤四中的浇铸温度为680℃。
结果显示，该条件下固态6061铝合金和6061铸造铝合金固液结合后，在结合区域没有出现氧化夹渣、吸气、热裂等缺陷；两种铝合金之间没有明显的界面，形成了冶金结合，利用表面保护锌层很好的解决了氧化膜阻碍冶金结合形成的难题。经拉伸测试，连接强度为135MPa。
实施例3
本实施例涉及一种铝合金固液连接方法，具体方案与实施例1相同，不同之处仅在于：
步骤一中镍层厚度为10μm；
步骤四中的浇铸温度为750℃。
结果显示，该条件下固态6061铝合金和6061铸造铝合金固液结合后，在结合区域没有出现氧化夹渣、吸气、热裂等缺陷；两种铝合金之间没有明显的界面，形成了冶金结合，利用表面保护锌层很好的解决了氧化膜阻碍冶金结合形成的难题。经拉伸测试，连接强度为145MPa。
实施例4
本实施例涉及A356合金和6061的连接方法，包括如下步骤：
步骤一、对待连接固态铝预置材料进行镀镍处理，镍层厚度3μm；
步骤二、熔化待浇注纯铝并精炼；
步骤三、将步骤一所得经过热浸镀锌处理后的固态紫铜预置在模具型腔内；
步骤四、利用重力铸造方法，在720℃下将A356合金液浇注到模具型腔内，使两者之间形成冶金结合，即完成铝铝固液连接。
图3为该条件下A356合金和纯铝界面区域金相图，从图中可以观察到两种材料之间形成冶金结合，界面区域有连续分布的金属间氧化物，说明两金属间形成了冶金结合。经拉伸测试，连接强度为128MPa。
实施例5
本实施例涉及6061铝的固液连接方法，包括如下步骤：
步骤一、对待连接6061铝预置材料进行镀镍处理，镍层厚度5μm；
步骤二、熔化待浇注纯铝并精炼；
步骤三、将步骤一所得经过镀镍处理后的固态铝预置在模具型腔内；
步骤四、利用挤压铸造方法，在720℃下将纯铝浇注到模具型腔内，挤压压力120MPa，使铝和铝之间形成冶金结合，即完成铝铝金属固液连接。
图4为该条件下6061铝界面区域金相图，从图中可以观察到在结合区域没有出现氧化夹渣、吸气、热裂等缺陷。两种材料之间形成冶金结合，界面区域有连续分布的金属间氧化物，说明两金属间形成了冶金结合。经拉伸测试，连接强度为142MPa。
实施例6
本实施例涉及一种铝合金固液连接方法，具体方案与实施例5相同，不同之处仅在于：
步骤一中镍层厚度0.1μm；
步骤四中的浇铸温度为580℃，挤压压力80MPa。
结果显示，该条件下固态6061铝合金和6061铸造铝合金固液结合后，在结合区域没有出现氧化夹渣、吸气、热裂等缺陷；两种铝合金之间没有明显的界面，形成了冶金结合，利用表面保护锌层很好的解决了氧化膜阻碍冶金结合形成的难题。经拉伸测试，连接强度为135MPa。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
对固态铝质材料的表面进行镍层保护后，置于模具型腔内；
将熔融态铝质材料浇入模具型腔内，进行铸造，使铝铝材料之间形成冶金结合，即完成铝铝金属的固液连接。
2.如权利要求1所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述固态铝质材料为纯铝或铝合金。
3.如权利要求1所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述镍层保护的方法为电镀、化学镀、热浸镀、热喷涂或气相沉积。
4.如权利要求1或3所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述镍层的厚度为0.1～10μm。
5.如权利要求1所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述熔融态铝质材料为纯铝、铸造铝合金或变形铝合金。
6.如权利要求1所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述铸造的方法为砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造或离心铸造。
7.如权利要求6所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述挤压铸造中，浇铸温度为580～750℃，挤压的压力为0～120MPa。
8.根据权利要求6所述的铝铝金属的固液连接方法，其特征在于，所述金属型铸造中，浇铸温度为580～750℃。
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