1。2。1 加中间反应层扩散连接

为了提高焊件的焊合率、促进原子之间的相互扩散、降低扩散焊温度还有减少金属间化 合物的生成量，通常选用 Ag、Cu、Ni 箔或镀层等材料作为中间反应层材料。从理论上讲， 加中间反应层材料可以增强接头强度，并有利于较小焊接前后材料的变形量。目前国内外在 采用 Cu 箔作为中间层材料通过固相扩散连接和瞬时液相扩散连接的方法来连接铝合金与不 锈钢方面的研究较为广泛[11,12,13]。成小乐采用两步扩散结合法制备铝－钢双金属复合材料，首 先在 850℃高温下进行铜和不锈钢的扩散连接，然后在 450℃低温下进行铝合金－Cu 之间的 固－固扩散连接[113]。日本的才田通过 Al－Cu 共晶反应对 A6061 铝合金/镀 Cu 层/SUS316 不 锈钢的接触反应钎焊性进行了较为系统的研究，特别在 Al－Cu 接触反应钎焊界面形成机理、 母材表面预处理状态对焊接接头强度的影响等几个方面做了大量的工作，获得了预期的效果

[11]。总之，Cu 作为中间反应层材料采用各种焊接方法连接其它材料的研究工作进行的较为深

入，而在双温扩散焊[14]方面的研究报道和文章很是少见，相关探索工作近乎处于真空状态。 双温扩散焊是在接触反应钎焊、普通钎焊、扩散焊等焊接方法的基础上提出的一种新型的连 接方法，其基本过程是在高温段时给材料加热，待中间反应层材料充分熔化，完成对连接材 料的接头间隙的铺展和填缝工作之后迅速降低温度，保持在较低的温度之下对接头进行低温 扩散连接，期望消除接头处微观上的各种缺陷，达到增强接头强度的效果。对于双温扩散焊， 它很显著的优点表现在：与接触反应钎焊和普通钎焊相比较，双温扩散焊时的母材在高温下 加热时间特别短暂，如此可以避免母材的物化性质发生明显的改变，特别是双温扩散焊可以 很有效的控制连接的界面处生成的金属间化合物的数量，能够有效的防止界面处出现连续且 层状分布的脆性反应层；再者和常规条件下的扩散焊相对比，因为在高温加热阶段的时候界论文网

面处已经形成了液相，完成了对接头间隙的铺展工作和填缝过程，也就是说增加了中间液相 层与母材之间的物理接触面积的大小。由此说来，完全可以降低对连接材料的表面加工精度 的要求，并且要求越低，越容易加工完成，如此可以明显缩短扩散焊所需要的时间。而且这 样所需要的外加压力很小，能够减小材料的变形量。此外，接触反应钎焊在高温下形成的共 晶液相由于在母材氧化膜下存在“潜流”效应，所以在后面的加压低温扩散焊过程中对于破 碎其表面氧化膜是很有利的，而且方便其从母材基体上脱离下来，甚至其会在外加压力的作 用下被挤出焊缝。因此，从理论上讲双温扩散焊可以较为有效地发挥出接触反应钎焊、普通 钎焊和扩散焊各自的特点，且避免这几种连接方式的不足之处，实现连接效果的最优化。另 外，本课题在研究过程中所用的中间反应层为钎料。

1。2。2不加中间反应层扩散连接

不加中间反应层的扩散连接是是相同的铝合金紧密接触，自身原子之间相互扩散，没有 外加材料。而铝合金中的含 Mg 量不但会对界面处氧化物的种类以及形态产生一定的影响， 而且铝合金本身的强度和硬度也会随着其中含 Mg 量的增加而增强或者增大，如此就造成了 扩散连接在刚开始的时候极难达到材料之间的良好的物理接触（即面积接触），同时还加快 了 Fe－Al 金属间化合物的生长速度。已有的研究表明，铝合金与钢之间的扩散连接，在界面 处极易生成脆性的 Fe－Al 金属间化合物，当其厚度达到或超过 3～5µm 时，其对焊接接头的 力学性能将会产生很明显的影响。因此，运用反应动力学方法来探讨 Fe－Al 金属间化合物的 生长速度，建立扩散焊温度以及保温时间和反应层的厚度之间的定量关系，对于实现扩散焊 过程的最佳控制（工艺参数的最优化）来说是必不可少的研究内容。黑田通过对 A6061 铝合 金和 SUS316 不锈钢进行的真空扩散焊试验，对界面处反应层的构成、生长过程、生长速度 以及反应层的厚度这四项与焊接接头强度的关系等方面进行了比较详细的研究[15]。试验结果 表明，在界面处生成的金属间化合物主要是 Fe2Al5 和 FeAl3 两种物质；在扩散焊刚开始的时 候，因为材料表面处的氧化膜的存在，导致反应层的生长存在着“潜伏”期，即反应层的快 速生长存在着一定的条件。随着氧化膜的破碎，材料表面处的反应层将按照抛物线的规律正 常生长，其激活能为 187KJ/mol，反应层的生长速度由 Fe 原子在 A6061 铝合金中的扩散速度 决定；当反应层厚度为 1～2µm 时，焊接接头的强度将会达到最大值 200MPa。反应层不能过 厚，也不能过薄。若反应层厚度过小，母材间扩散反应会不充分；若厚度过大，反应层则容 易产生孔洞或者微裂纹等微观上的缺陷。本课题研究的铝合金为 6063 铝合金，与其在很多方 面都是类似的。