專利名稱：在銅和不銹鋼之間形成接頭的方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1前序部分的方法。
本發明的特征在所附加的權利要求書中被說明。
符合本發明方法的主要特征在于在鋼工件的接合表面上或和所述表面相對，設置第一中間層，主要為了阻止鎳從鋼工件上流失，在銅工件的接頭表面上或和所述表面相對處，設置至少一第二中間層，以便激活擴散接頭的形成。根據一最佳實施例，在下列材料中選擇第一中間層，即鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎳和鉻(Cr+Ni)的混合物或合金、鉻和鎳(Cr+Ni)的混合物。根據一最佳實施例，所述第二中間層(4)主要由錫組成。
根據一最佳實施例，在所述第一中間層和銅工件之間額外設置一第三中間層。根據一最佳實施例，具有至少一個第二中間層和至少一個第三中間層，第二中間層的熔化溫度比第三中間層的熔化溫度低。第三中間層可以主要由銀組成或由銀和銅的合金或混合物組成。根據一最佳實施例，在一個工序，對接合區域進行加熱。
符合本發明的方法具有幾個重要優點。當在制造接頭時，在鋼表面上設置鎳層，能夠阻止鎳損耗，即鎳從奧氏體不銹鋼向銅轉移，并因而使鋼脆化。利用鍍鎳鋼板和銅表面之間的接合表面上的硬釬焊劑，接頭的形成被激活。利用活化劑，可以使用較低的熔化溫度，從而接合區域內所形成的熱應力最小。通過使用符合本發明的中間層，在形成接頭時，僅需要一個加熱工步。利用符合本發明的裝置，可以獲得比現有技術更好的抗拉強度。
在應用中，除了銅制成的工件之外，術語銅還涉及含銅的合金材料，在該種合金材料中，基本包含50％的銅。術語不銹鋼主要涉及奧氏體不銹鋼和耐酸鋼。
圖1顯示了在加熱之前的本發明的接頭的結構；圖2顯示了另一種在加熱之前的本發明的接頭的結構；圖3顯示了另一種在加熱之前的本發明的接頭的結構。
優選實施例介紹在本發明的方法中，在主要包含銅的工件1和奧氏體不銹鋼工件2之間制造接頭，在該方法中，在要被接合的表面之間設置幾個中間層，至少所述中間層中的一個中間層包含硬釬焊劑。上述表面被設置成彼此相對并壓靠在一起，因而所述硬釬焊劑保持在被壓縮的表面之間。至少對接合區域進行加熱，從而形成擴散接頭。
圖1是一個橫截面視圖，顯示了在加熱之前的本發明的接頭的實施例。主要包括銅的工件1和由奧氏體不銹鋼組成的第一工件2被接合在一起。在這兩個工件之間的接合處，設置中間層3、4。對著鋼設置的第一中間層3主要包括鎳(Ni)。此外，當形成接頭時，使用第二中間層4，也就是所謂的活化劑層，在該示例中，所述中間層4例如由錫(Sn)組成。錫的功能是作為活化劑，能夠降低溫度，而這是在制造接頭時所需的。
通過單獨的處理，可以將第一中間層3形成在不銹鋼表面上。當使用鎳作為第一中間層3時，例如可以利用電解方式將所述層形成在不銹鋼表面上。通常進行鍍鎳，使得設置在不銹鋼表面上的鈍化層不能阻止材料在不銹鋼和鎳之間的接合表面上轉移。第一中間層3可以以箔片形式存在。
當對接合區域進行加熱時，在要被接合在一起的工件的表面上形成擴散接頭，這一方面是鎳擴散的結果，另一方面是銅和鋼成分擴散的結果。利用應用的制造條件和要求的接頭要求的極薄的第二中間層4(也就是硬釬焊劑層)，或者利用放在鍍鎳的鋼工件2和鋼工件1之間的幾個間中層4、5的混合物，激活擴散接頭的形成和由此而形成的結構。
所使用的中間層4、5的硬釬焊劑以及擴散激活劑可以是銀銅合金和純錫或特殊的層結構。在600～800℃溫度范圍內，可獲得機械強度高的接頭。可以這樣選擇熱處理的周期，從而避免在最終接頭中出現脆的金屬間相。硬釬焊劑的厚度和熱處理溫度以及持續時間被這樣選擇，從而避免鎳在鋼中損失，因而具有高鎳成分的合金被設置在鋼的表面上。低接合溫度的優點是在接合區域內所形成的熱應力被最小化。
圖2顯示了另一種在熱處理之前的本發明的形成接頭的方法的最佳實施例。主要包括銅的工件1和由奧氏體不銹鋼組成的工件2被接合在一起。在這兩個工件之間的接頭處，設置中間層3、4和5。對著鋼設置的第一中間層3主要包括鎳(Ni)。此外，當形成接頭時，使用第二中間層4，也就是所謂的活化劑，在該示例中，所述活化劑是錫(Sn)。在形成接頭時，錫的功能是作為活化劑，能夠降低溫度，而這是在制造接頭時所需的。除了錫層之外，在錫層4和鎳層3之間，接頭還包括第三中間層5，其最好由另一種硬釬焊劑組成。在優選實施例中，它最好是箔片形式的銀銅硬釬焊劑。根據該優選實施例，根據重量計算，第二種硬釬焊劑包括71％的銀和29％的銅。具有給定合金成分的硬釬焊劑最好具有包含銅的共晶成分。
圖3顯示了另一種在熱處理之前的本發明的形成接頭的方法的最佳實施例。其中第二中間層4被設置在第三中間層5的上、下兩個表面上或對著這兩個表面。在這個實施例中，通常使用箔片層，例如利用錫對所述箔片的一個或兩個表面進行處理。
在本發明所述方法中所使用的中間層的厚度是變化的。作為第一中間層的鎳層的厚度通常是2～50微米。電解之后，通常是2～10微米，采用箔片時，其厚度范圍為20～50微米。作為第三中間層的銀箔片或銀銅箔片的厚度通常是10～500微米，最佳是20～100微米。第二中間層4的厚度通常取決于第三中間層5的厚度，例如是第三中間層厚度的10～50％。通過在50毫米厚的銀銅硬釬焊劑箔片的表面上使用5～10微米的錫層，能夠獲得極高質量的接頭。例如通過將箔片形式的硬釬焊劑沉浸在熔化的錫中，可以形成錫層，當需要時，軋制箔片使其光滑。
示例1耐酸鋼(AISI 316)和銅被接合在一起。在鋼的接合表面上，作為第一中間層設置厚度為7微米的鎳層。作為擴散活化劑和硬釬焊劑，使用具有共晶成分的銀銅硬釬焊劑，其中包括71％的銀和29％的銅。采用箔片形式的硬釬焊劑的厚度是50微米，在所述箔片表面上形成厚度為5～10微米的錫層。要被接合在一起的工件被彼此相對設置，從而箔片被留在接合表面之間。將上述工件壓在一起，將接合區域加熱到硬釬焊劑熔化溫度之上，達到大約800℃。保持大約10分鐘。可成功地獲得按照該實施例的接頭。
權利要求
1.一種在銅或銅合金和不銹鋼合金之間形成接頭的方法，在該方法中，在要被接合在一起的工件的接合表面之間設置至少一個中間層，使得包括它們的中間層的接合表面被壓在一起，至少接合區域被加熱，以便形成擴散接頭，其特征在于在鋼工件(2)的接合表面上或與所述表面相對，設置第一中間層(3)，主要為了阻止鎳從鋼工件(2)上流失，在銅工件(1)的接合表面上或和所述表面相對處，設置至少一第二中間層(4)，以便激活擴散接頭的形成。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于第一中間層(3)在下列材料中選出鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎳和鉻(Cr+Ni)的混合物或合金、鉻和鎳(Cr+Ni)的混合物。
3.根據權利要求1或2所述方法，其特征在于所述第二中間層(4)主要由錫組成。
4.根據權利要求1～3中任一個權利要求所述方法，其特征在于在所述第一中間層(3)和銅工件(1)之間設置至少一個第三中間層(5)。
5.根據權利要求1～4中任一個權利要求所述方法，其特征在于具有至少一個第二中間層(4)和至少一個第三中間層(5)，第二中間層(4)的熔化溫度比第三中間層(5)的熔化溫度低。
6.根據權利要求1～5中任一個權利要求所述方法，其特征在于第三中間層(5)主要包含銀或銀和銅的合金或混合物。
7.根據權利要求1～6中任一個權利要求所述方法，其特征在于在一個工步，對接合區域進行加熱。
8.根據權利要求1～7中任一個權利要求所述方法，其特征在于接合區域被加熱到600～850℃。
9.根據權利要求1～8中任一個權利要求所述方法，其特征在于第一中間層(3)的厚度大約是2～50微米。
10.根據權利要求1～9中任一個權利要求所述方法，其特征在于第三中間層(5)的厚度大約是10～500微米。
11.根據權利要求1～10中任一個權利要求所述方法，其特征在于在第三中間層(5)的表面上設置第二中間層(4)。
12.根據權利要求1～11中任一個權利要求所述方法，其特征在于在接合區域，中間層(3，4，5)中至少一個采用箔片形式。
全文摘要
一種在銅或銅合金和不銹鋼合金之間形成接頭的方法，在該方法中，在要被接合在一起的工件的接合表面之間設置至少一個中間層，從而包括它們的中間層的接合表面被壓在一起，至少接合區域被加熱，以便形成擴散接頭，在該方法中，在鋼工件(2)的接合表面上或和所述表面相對，設置第一中間層(3)，主要為了阻止鎳從鋼工件(2)上流失，在銅工件(1)的接合表面上或和所述表面相對處，設置至少一第二中間層(4)，以便激活擴散接頭的形成。
文檔編號B23K35/30GK1406167SQ01805571
公開日2003年3月26日 申請日期2001年2月21日 優先權日2000年2月23日
發明者韋科·波爾維, 佩卡·塔斯基寧, 圖佳·蘇奧爾蒂 申請人:奧托庫姆普聯合股份公司