本發(fā)明涉及一種鋁鋁金屬的固液連接方法，屬于雙金屬復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

作為輕質(zhì)材料的代表，鋁合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車、電子、航空航天等工業(yè)中，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，單一鑄造或變形材料以很難滿足各個領(lǐng)域?qū)τ诓牧闲阅艿囊螅虼藢⒉煌牧贤ㄟ^焊接、軋制、擠壓等工藝連接在一起，最大限度的發(fā)揮不同材料的優(yōu)點(diǎn)，使其擁有良好的綜合性能，是很有必要的。

然而，使用傳統(tǒng)焊接方法連接鋁-鋁合金時，由于鋁合金獨(dú)特的物理化學(xué)特性，經(jīng)常出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析等一系列的問題。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，除焊接方法外鋁-鋁間常見的連接方法按照材料狀態(tài)的不同可以分為固液連接和固固連接。對于固固連接方法，有研究人員通過軋制和擴(kuò)散焊等方法將鋁-鋁合金連接在一起，不過由于鋁在大氣環(huán)境下都非常容易氧化，尤其是高溫條件下形成致密的氧化膜，嚴(yán)重阻礙金屬之間的相互作用，惡化連接質(zhì)量，只能形成局部的冶金結(jié)合。另外，表面上的油污、雜質(zhì)等也會影響結(jié)合過程。同時固固連接經(jīng)常受到設(shè)備的限制，對于材料的外形、尺寸都有非常嚴(yán)格的要求，這也在一定程度上限制了鋁合金材料的推廣和應(yīng)用。

與固固連接方法相比，固液復(fù)合技術(shù)工序簡單、受外形條件約束小、工藝設(shè)備要求簡單、生產(chǎn)效率高，是鋁-鋁連接的理想方法。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，此種方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在鋼(固態(tài))-鑄件(液態(tài))，鑄鐵(固態(tài))-鋁合金(液態(tài))，鋼(固態(tài))-鋁合金(液態(tài))，鋁合金(固態(tài))-鎂合金(液態(tài))，銅(固態(tài))-鑄鐵(液態(tài))等體系中，制備的雙金屬復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用在各個工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，比如破碎機(jī)錘頭、鋁包鋼芯腳線、汽車結(jié)構(gòu)材料等等，被證明是制備雙金屬復(fù)合材料非常經(jīng)濟(jì)有效的方法。不過，在鋁(固態(tài))和鋁(液態(tài))之間通過固液結(jié)合形成雙金屬材料卻很少有報導(dǎo)，因為鋁合金表面的氧化膜會影響固態(tài)預(yù)置鋁合金和液態(tài)鋁材料直接的作用，導(dǎo)致其在工業(yè)上的應(yīng)用受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種鋁-鋁金屬的固液連接方法，解決現(xiàn)有鋁-鋁連接技術(shù)經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)合區(qū)域刑場氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析，同時氧化膜的存在會嚴(yán)重影響兩種金屬之間的相互作用以及連接件的性能等一系列的問題，使兩種鋁合金之間形成冶金結(jié)合，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種鋁鋁金屬的固液連接方法，其包括如下步驟：

對固態(tài)鋁質(zhì)材料的表面進(jìn)行鎳層保護(hù)后，置于模具型腔內(nèi)；

將熔融態(tài)鋁質(zhì)材料澆入模具型腔內(nèi)，進(jìn)行鑄造，使鋁鋁材料之間形成冶金結(jié)合，即完成鋁鋁金屬的固液連接。

作為優(yōu)選方案，所述固態(tài)鋁質(zhì)材料為純鋁或鋁合金。

作為優(yōu)選方案，所述鎳層保護(hù)的方法為電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂或氣相沉積。

作為優(yōu)選方案，所述鎳層的厚度為0.1～10μm。

作為優(yōu)選方案，所述熔融態(tài)鋁質(zhì)材料為純鋁、鑄造鋁合金或變形鋁合金。

作為優(yōu)選方案，所述鑄造的方法為砂型鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、高壓鑄造、真空鑄造、擠壓鑄造或離心鑄造。

作為優(yōu)選方案，所述擠壓鑄造中，澆鑄溫度為580～750℃，擠壓的壓力為0～120MPa。

作為優(yōu)選方案，所述金屬型鑄造中，澆鑄溫度為580～750℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、與傳統(tǒng)焊接方法相比，避免了氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析等問題的出現(xiàn)；

2、與固固連接方法相比，受外形條件約束小，理論上可以實現(xiàn)任何形狀的鋁-鋁之間的連接；

3、利用復(fù)合表面處理工藝很好的解決了表面氧化膜的問題，能夠在固態(tài)鋁預(yù)置材料表面形成均勻連續(xù)的鎳層，使鋁-鋁間的連接強(qiáng)度達(dá)到較高水平。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明實施例1拉伸強(qiáng)度實驗式樣示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中6061鋁型材和鑄態(tài)6061界面區(qū)域金相圖；

圖3為本發(fā)明實施例4中6061鋁型材和鑄態(tài)A356合金界面區(qū)域金相圖；

圖4為本發(fā)明實施例5中6061鋁型材和鑄態(tài)6061界面區(qū)域金相圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

本實施例涉及的一種鋁-鋁的連接方法，包括如下步驟：

步驟一、對待連接6061板材進(jìn)行鍍鎳處理，鎳層厚度5μm；

步驟二、熔化待澆注鑄態(tài)6061并精煉；

步驟三、將步驟一所得經(jīng)過鍍鎳處理后的6061板材預(yù)置在模具型腔內(nèi)；

步驟四、利用金屬型鑄造方法，在720℃下將液態(tài)6061鋁澆注到模具型腔內(nèi)，使鋁-鋁之間形成冶金結(jié)合，即完成鋁-鋁金屬固液連接。

圖2為該條件下6061板材和鑄態(tài)界面區(qū)域金相圖，從圖中可以觀察到在結(jié)合區(qū)域沒有出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂等缺陷；兩種材料之間形成冶金結(jié)合，界面區(qū)域有連續(xù)分布的金屬間氧化物，說明兩金屬間形成了冶金結(jié)合。經(jīng)拉伸測試(樣條制備成啞鈴型，如圖1所示，兩端為液態(tài)澆鑄金屬部1，中間為固態(tài)金屬部2，相比于基體材料的132MPa，連接處強(qiáng)度達(dá)到了150MPa。

實施例2

本實施例涉及一種鋁合金固液連接方法，具體方案與實施例1相同，不同之處僅在于：

步驟一中鎳層厚度為1μm；

步驟四中的澆鑄溫度為680℃。

結(jié)果顯示，該條件下固態(tài)6061鋁合金和6061鑄造鋁合金固液結(jié)合后，在結(jié)合區(qū)域沒有出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂等缺陷；兩種鋁合金之間沒有明顯的界面，形成了冶金結(jié)合，利用表面保護(hù)鋅層很好的解決了氧化膜阻礙冶金結(jié)合形成的難題。經(jīng)拉伸測試，連接強(qiáng)度為135MPa。

實施例3

本實施例涉及一種鋁合金固液連接方法，具體方案與實施例1相同，不同之處僅在于：

步驟一中鎳層厚度為10μm；

步驟四中的澆鑄溫度為750℃。

結(jié)果顯示，該條件下固態(tài)6061鋁合金和6061鑄造鋁合金固液結(jié)合后，在結(jié)合區(qū)域沒有出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂等缺陷；兩種鋁合金之間沒有明顯的界面，形成了冶金結(jié)合，利用表面保護(hù)鋅層很好的解決了氧化膜阻礙冶金結(jié)合形成的難題。經(jīng)拉伸測試，連接強(qiáng)度為145MPa。

實施例4

本實施例涉及A356合金和6061的連接方法，包括如下步驟：

步驟一、對待連接固態(tài)鋁預(yù)置材料進(jìn)行鍍鎳處理，鎳層厚度3μm；

步驟二、熔化待澆注純鋁并精煉；

步驟三、將步驟一所得經(jīng)過熱浸鍍鋅處理后的固態(tài)紫銅預(yù)置在模具型腔內(nèi)；

步驟四、利用重力鑄造方法，在720℃下將A356合金液澆注到模具型腔內(nèi)，使兩者之間形成冶金結(jié)合，即完成鋁鋁固液連接。

圖3為該條件下A356合金和純鋁界面區(qū)域金相圖，從圖中可以觀察到兩種材料之間形成冶金結(jié)合，界面區(qū)域有連續(xù)分布的金屬間氧化物，說明兩金屬間形成了冶金結(jié)合。經(jīng)拉伸測試，連接強(qiáng)度為128MPa。

實施例5

本實施例涉及6061鋁的固液連接方法，包括如下步驟：

步驟一、對待連接6061鋁預(yù)置材料進(jìn)行鍍鎳處理，鎳層厚度5μm；

步驟二、熔化待澆注純鋁并精煉；

步驟三、將步驟一所得經(jīng)過鍍鎳處理后的固態(tài)鋁預(yù)置在模具型腔內(nèi)；

步驟四、利用擠壓鑄造方法，在720℃下將純鋁澆注到模具型腔內(nèi)，擠壓壓力120MPa，使鋁和鋁之間形成冶金結(jié)合，即完成鋁鋁金屬固液連接。

圖4為該條件下6061鋁界面區(qū)域金相圖，從圖中可以觀察到在結(jié)合區(qū)域沒有出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂等缺陷。兩種材料之間形成冶金結(jié)合，界面區(qū)域有連續(xù)分布的金屬間氧化物，說明兩金屬間形成了冶金結(jié)合。經(jīng)拉伸測試，連接強(qiáng)度為142MPa。

實施例6

本實施例涉及一種鋁合金固液連接方法，具體方案與實施例5相同，不同之處僅在于：

步驟一中鎳層厚度0.1μm；

步驟四中的澆鑄溫度為580℃，擠壓壓力80MPa。

結(jié)果顯示，該條件下固態(tài)6061鋁合金和6061鑄造鋁合金固液結(jié)合后，在結(jié)合區(qū)域沒有出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂等缺陷；兩種鋁合金之間沒有明顯的界面，形成了冶金結(jié)合，利用表面保護(hù)鋅層很好的解決了氧化膜阻礙冶金結(jié)合形成的難題。經(jīng)拉伸測試，連接強(qiáng)度為135MPa。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。