铁三铝基合金与钢的添加活性中间层的扩散焊工艺.pdf

(三)发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种适应范围广，可获得界面结合良好的焊接接
头、使扩散焊接头的剪切强度达到260MPa，满足铁三铝基合金与碳钢、不锈钢扩散焊接
头在耐磨、耐腐蚀场合中的使用要求的铁三铝基合金与钢的添加活性中间层的扩散焊工艺。

本发明工艺步骤如下：

在焊前将铁三铝基合金与钢的待焊表面经过机械和化学处理；铁三铝基合金与钢之间
添加活性中间层；将焊件装配好置于真空室中；扩散焊工艺参数为：真空度为4.5×10^-5～1
×10^-3Pa，焊接压力10～16MPa、焊接温度980～1100℃、保温时间25～60min。

所述的活性中间层为金属箔，厚度为10～160μm。

所述的金属箔为纯度大于99％钛箔或铌箔。

焊前将活性中间层夹放在铁三铝基合金与钢工件之间，置于真空扩散焊的真空室中，
并用上、下夹头压紧。

本发明提出对铁三铝基合金与钢的焊接，采用添加以金属箔为活性中间层的扩散焊工
艺。该活性中间层在焊接过程中会起到活化铁三铝基合金与钢的扩散焊接触表面，使之发
生Al的扩散反应并促进Al原子的扩散，确保铁三铝基合金与碳钢、不锈钢的良好结合。
此外，在扩散焊条件下，活性中间层产生Ti、Nb等活性原子，迅速向铁三铝基合金与钢
中进行扩散，以促进铁三铝基合金与钢界面之间的扩散结合。

本发明采用含Ti、Nb元素的金属箔作为活性中间层，它们的活化温度范围低于铁三
铝基合金、碳钢和不锈钢的软化温度。扩散焊时，活性中间层金属箔片首先发生活化反应，
分解出Ti、Nb等活性原子并迅速扩散到铁三铝基合金和钢的扩散焊接触表面。这一活化
过程一方面激活铁三铝基合金和钢扩散焊接触表面的Al、Fe原子，另一方面活性原子Ti、
Nb与铁三铝基合金和钢界面处的Al、Fe原子发生扩散反应，生成新的物相结构。活性原
子Ti、Nb在铁三铝基合金和碳钢、不锈钢之间形成的扩散反应层，有利于促进铁三铝基
合金和钢形成良好的扩散结合，提高扩散焊接头的强度性能。

在焊前将活性中间层钛箔或铌箔夹放在铁三铝基合金与钢工件之间，置于真空扩散焊
的真空室中，并用上、下夹头压紧。可以减小铁三铝基合金、活性中间层与钢之间的微观
间隙，增大铁三铝基合金和钢的接触面积，促进Ti、Nb与铁三铝基合金和钢界面处的Al、
Fe原子扩散，有利于扩散反应的不断进行，提高扩散焊界面的结合强度。

采用本发明给出的活性中间层和工艺参数得到的扩散焊接头，其显微硬度为HM450，
剪切强度达到260MPa，明显高于铁铝基合金与钢直接扩散焊所得接头的强度(96MPa)。
能够满足铁三铝基合金与碳钢、不锈钢扩散焊接头耐磨、耐腐蚀性场合的使用要求。

本发明提出的添加活性中间层的扩散焊工艺在铁三铝基合金异种材料焊接方面是一个
重要的突破。该焊接工艺可以确保铁三铝基合金与钢界面的充分扩散结合，活性中间层中
的Ti、Nb活性原子活化、分解并连续扩散到铁三铝基合金与钢的接触表面，有效解决了
铁三铝基合金与碳钢、不锈钢之间难以扩散结合的技术难题，提高了铁三铝基合金与钢扩
散焊接头的强度性能。本发明具有操作方便，便于推广应用等优点。尤其适用于铁三铝基
合金和碳钢、不锈钢的焊接，也可应用于铁三铝基合金和其他低合金钢、耐热钢的焊接。