扩散焊接是压焊的一种,它是指在相互接触的表面,在高温压力的作用下,被连接表面相互靠近,局部发生塑性变形,经一定时间后结合层原子间相互扩散而形成整体的可靠连接的过程。扩散焊接过程大致可分为3 个阶段,第1 阶段为物理接触阶段,被连接表面在压力和温度作用下,总有一些点首先达到塑性变形,在持续压力的作用下,接触面积逐渐扩大最终达到整个面的可靠接触;第2 阶段是接触界面原子间的相互扩散,形成牢固的结合层;第3 阶段是在接触部分形成的结合层,逐渐向体积方向发展,形成可靠连接接头。
当然,这3 个过程并不是截然分开的,而是相互交叉进行,最终在接头连接区域由于扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合,它可以生成固溶体及共晶体,有时生成金属间化合物,形成可靠连接。焊接参数的选择就是要控制这些因素,最终得到综合性能良好的接头,不但考虑扩散形成原子间的相互作用,同时应考虑界面生成物的性质。
扩散焊接的参数主要有:温度、压力、时间、气体介质、表面状态和中间层的选择等。其中最主要的是温度、压力、时间。温度影响被焊材料的屈服强度和原子的扩散行为,对消除空隙起着决定性作用,扩散温度的经验公式为T = (0. 6~0. 8) Tm ,其中Tm 为被焊零件材料中的最低熔点。
压力仅在焊接的第1 阶段中是必要条件,加压的目的是使连接处微观凸起部分产生塑性变形,使之达到紧密接触状态,并提供变形能为原子扩散创造条件。所选压力通常保持在稍低于所选温度下的屈服应力,一般为3~10MPa 。形成接头所需保温时间与接头的组织和成分的均匀化密切相关,主要取决于连接材料的冶金特性及焊接时的温度和压力,一般需几分钟到几个小时。
近几年兴起的放电等离子烧结技术( SparkPlasma Sintering ,简称SPS) ,具有低温、快速、组织均匀的特点,已引起国外(尤其是日本) 材料科学与工程界的极大兴趣。SPS 系统除成功地应用于梯度功能材料(FGM) 、金属基复合材料(MMC) 、纤维增强复合材料( FRC) 、多孔材料、高致密度、细晶粒特种新材料的制备和硬质合金的烧结外,在多层金属粉末的同步焊接、金属粉末的焊接以及固体- 粉末- 固体的焊接等方面也已有广泛的应用。日本的深谷保博等人采用SPS 技术扩散焊接Al2O3 陶瓷和SUS304 不锈钢, 有限元方法(FEM) 弹塑性分析表明:脉冲大电流加热连接有助于缓和Al2O3 中的残余应力 。