以纳米烧结粉膜为中间层的互不固溶金属连接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种互不固溶金属的连接技术，特别是设及一种棒状互不固溶金属的 连接工艺，具体为金属钢棒与银棒通过钢银纳米烧结粉膜进行连接。
【背景技术】
[0002] 金属钢具有高硬度、高烙点、低的热膨胀系数、高的耐磨性和导热导电性。而银具 有良好的导热性、导电性和可焊接性能。银钢材料制备的低功率开关、起重开关、重负荷的 继电器与大型电动机起动器的电接点材料可广泛应用于交通、冶金、自动化和航空航天等 尖端工业。并且具有比银鹤材料好的耐磨性、延展性和低的接触电阻，且不起膜。钢银二者 之间的连接已经成为工业发展的一个重要方面。运就设及到了钢银互不固溶金属金属的连 接问题。
[0003] 互不固溶金属由于其晶体结构不同、反应热为正、无法润湿W及其他物理化学方 面性质的巨大差异，W至连接无法进行。而传统的馴接、螺纹连接等方式会使材料受力点单 一，易损坏，并且无法适用于需要密封的场合。目前对于互不固溶金属的连接，主要是采用 中间层的方法。具体为采用与两种待连接金属均固溶的第Ξ种金属作为中间层，利用中间 层与两种待连接金属的相互扩散实现连接。例如，将儀作为中间层，然后在一定高溫下施 加一定压力或进行热社来实现钢银两种材料的连接，显然运种方法改变了连接件的实际成 分，会带来附加的性能，如儀会带来铁磁性，运就需要开发一些新的连接技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种W纳米烧结粉膜为中间层的互不固溶金属连接工艺， 特别是针对互不固溶金属钢、银棒状金属的连接工艺。首先对钢棒和银棒表面进行前处理， W纳米钢银粉膜作为中间层，按照钢棒-钢银粉膜-银棒的顺序使用夹具固定叠合后准确 选择加压退火时的溫度，通过钢银纳米烧结粉膜实现了中间层金属的功能，实现钢、银金属 之间的连接。 阳〇化]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种W纳米烧结粉膜为中间层的互不固溶 金属的连接工艺，被连接的两个互不固溶的金属棒包括金属A棒和金属B棒，金属A棒的烙 点大于金属B棒的烙点，金属A棒和金属B棒的直径均为山金属A棒和金属B棒的连接包 括W下步骤：
[0006] 步骤一、对金属A棒进行表面清理、清洗和刻蚀，惊干待用；对金属B棒进行表面清 洗，惊干待用；
[0007] 步骤二、通过球磨方法制备金属A金属B纳米烧结粉膜中间层：将金属A粉和金属 B粉按照质量比3 :2进行混合，得到混合粉体，然后将混合粉体和玛瑶球放入球磨罐，玛瑶 球与混合粉体的质量比为16:1 ;对球磨罐交替进行抽真空和充氣气时间分别为3~4min， 共4~5次，直到球磨罐中为纯氣气氛；再将球磨罐装到球磨机上，球磨罐对称装2个，启 动球磨机球磨14~15小时；球磨使金属A粉和金属B粉达到纳米级别的混合；球磨好的 混合粉体倒进压膜的模具中，放入压膜机，在20~30MPa的压力下压制3~4min成直径为 1. 3d，厚度为3mm的金属A金属B纳米粉膜；
[0008] 步骤Ξ、将金属A棒、金属A金属B纳米粉膜和金属B棒叠合后加压，加压扭矩为 65 ~75N·m;
[0009] 步骤四、键合连接：将叠合加压后的叠合装配体放入管式气氛保护炉中进行氣气 保护退火，退火溫度为950°C，保溫时间2~地，随炉冷却，最终获得键合连接强度为155Mpa 的金属A金属B连接件。
[0010] 进一步讲，步骤四中，所述氣气保护退火的过程为：W5°C/min升至200°C，在 200°CW前通氣气来排净管路中的空气，之后关氣气通入氨气；在200°C保溫10分钟，然后 W7. 5°C/min的升溫速率升至950°C;在950°C下保溫2小时，保溫结束后随炉冷却；在 200°CW下时，关氨气，通氣气；达到室溫时关闭管式气氛炉，取出金属A金属B连接件。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0012] 通过对采用本发明连接工艺连接后的钢/银连接件进行钢/银的键合连接强度测 试及钢与银键合断口形貌扫描电子显微镜（SEM)观察。充分的说明本发明连接工艺通过钢 银纳米烧结粉膜实现了中间层金属的功能，获得了钢、银两种棒状金属之间的连接。同时不 添加第Ξ种中间金属元素可避免第Ξ方元素对材料性能的影响，不会改变连接件的实际成 分及产生附加性能，可操作性也较好。本发明连接强度达到了 155MPa。
【附图说明】
[0013]图1是连接的钢/银棒状连接件的结构示意图；
[0014] 图2是本发明中纳米钢银粉膜中间层沈Μ图；
[0015] 图3是本发明钢/银棒状连接所用的加压装置示意图；
[0016] 图4是本发明拉伸试验过程示意图；
[0017]图5是本发明中钢棒/纳米烧结钢银粉膜/银棒状复合材料拉伸强度测试曲线；
[0018] 图6是本发明钢/银棒状连接件钢棒端断口形貌观察沈Μ图（低倍）；
[0019] 图7是本发明钢/银棒状连接件钢棒端断口形貌观察SEM图（高倍）。
[0020] 图中：1-钢棒，2-钢银粉膜中间层，3-银棒，4-上妮板，5-下妮板，6-钢制加压螺 栓（规格为Μ8)，7-石英板，8-拉伸载荷，9-铜钩，10-焊点，11-连接件。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体 实施例仅对本发明进行解释说明，并不用W限制本发明。实施例中未注明具体条件的实验 方法，通常按照常规条件W及手册中所述的条件，或按照制造厂商说明书所建议的条件。
[0022] 实施例：图1为连接的钢/银棒状连接件的结构示意图，其中，1 -钢棒；2 -纳米 烧结钢银粉膜中间层；3-银棒，所述银棒和钢棒的直径均为10mm，采用本发明连接工艺对 该银棒和钢棒的连接包括W下步骤：
[0023] 步骤一、对银棒和钢棒进行表面清理、清洗和刻蚀，并惊干待用：
[0024] 将直径为10mm，长度为20mm的钢棒和长度为25mm的银棒，分别用1000#至5000# 砂纸进行打磨；
[00巧]用酒精清洗银棒，然后将银棒浸入去离子水中浸泡15分钟，取出浸泡在去离子水 中超声波清洗30分钟（超声频率50化，溫度为25°C)，清洗后取出惊干待用。
[0026] 将用酒精清洗过的钢金属棒完全浸入1L去油液中浸泡5分钟后，去除Mo样品表 面的油污，取出后浸入去离子水中清洗6分钟，循环进行4次；将经过去油处理并用去离子 水清洗的钢棒浸泡在1L刻蚀液中刻蚀12分钟，取出浸入去离子水中清洗16分钟，然后取 出浸泡在去离子水中超声波清洗30分钟（超声频率50化，溫度为25°C)，清洗后取出惊干 待用。
[0027] 步骤二、通过球磨方法制备钢银纳米烧结粉膜中间层：
[0028] 将Mo