擴(kuò)散焊是連接組件的一種非常有價(jià)值的技術(shù)，特別是在飛機(jī)工業(yè)中，它涉及將加熱的組件壓在一起，以使組件中的原子相互擴(kuò)散以形成金屬對(duì)金屬鍵。在某些具有特定均勻晶粒結(jié)構(gòu)的金屬（例如鈦）的情況下，擴(kuò)散鍵合可以與超塑性成形相結(jié)合，超塑性成形是一種技術(shù)，其中金屬制品（通常為片狀）被加熱并經(jīng)歷緩慢變形，在此期間金屬拉伸并在變形區(qū)域變薄，但不頸部或斷裂，這樣金屬制品可以形成所需的形狀。

鋁及其許多合金可以超塑性形成，但它們具有極其頑強(qiáng)的表面氧化物，可防止擴(kuò)散粘合;由于鋁的物理特性（低密度和高強(qiáng)度），它是飛機(jī)工業(yè)的理想選擇，但它無(wú)法通過(guò)擴(kuò)散粘合形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)限制。術(shù)語(yǔ)“鋁”將在本規(guī)范中使用，以包括鋁和鋁合金。

我們描述了一種將鋁制成的組件擴(kuò)散粘合到另一個(gè)組件（也可以由鋁制成）的方法，方法是對(duì)鋁組件進(jìn)行噴砂和化學(xué)處理以去除氧化層，然后將組件組裝到堆棧（或包裝）中，其中組件位于配置所需的最終擴(kuò)散鍵合制品，最后在優(yōu)選540至580°C的溫度下將組裝好的堆棧擴(kuò)散粘合2 至5小時(shí)。擴(kuò)散鍵合步驟是通過(guò)將要連接的組件（通常是片狀）放置在腔中，在腔上放置超塑性膜，將膜的邊緣壓縮到腔壁上以密封腔，在膜背對(duì)腔的一側(cè)施加氣體壓力并同時(shí)抽空腔， 由此，膜上的壓差壓縮腔中的組分。將組件加熱到 540 至 580 o C，這與由于膜上的壓差而施加在組件上的壓力一起導(dǎo)致組件之間形成所需的擴(kuò)散鍵。在擴(kuò)散鍵合過(guò)程中必須抽空腔體，例如壓力為10??毫巴，以防止鋁部件上的氧化層重整到阻止金屬原子擴(kuò)散的程度，從而阻止擴(kuò)散鍵合;一些氧化物的形成是不可避免的，但如果它是有限的，那么產(chǎn)生的擴(kuò)散鍵可以有足夠的強(qiáng)度;我們發(fā)現(xiàn)，如果要使粘合具有可接受的強(qiáng)度，則必須在噴砂/化學(xué)處理步驟的約20分鐘內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散焊接。
                                          

上述技術(shù)有許多缺點(diǎn)：

• （1） 成功的擴(kuò)散焊接需要高真空度，這意味著膜必須提供出色的密封性，并且真空泵設(shè)備必須具有非常高的質(zhì)量，以確保在腔內(nèi)保持足夠的真空。雖然這可以在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上充分實(shí)現(xiàn)，但在工業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)是極其困難和昂貴的，
• （2）由于鋁部件的清潔表面最多只能暴露在空氣中20分鐘，因此必須在此期間進(jìn)行堆垛的組裝和型腔的排空;正如人們所理解的那樣，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，特別是在工業(yè)規(guī)模上。和

• （3）腔內(nèi)壓力的監(jiān)測(cè)非常困難，并且有可能在要粘合在一起的材料片之間捕獲空氣袋，并且這種氣穴會(huì)污染被焊接的表面。
  

  
  

我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種可以克服或至少減少上述缺點(diǎn)的技術(shù)。

將不同金屬相互焊接的方法，方法是對(duì)它們進(jìn)行廣泛的加工以形成復(fù)合制品，該復(fù)合制品具有在基材頂部的耐腐蝕材料的外層，為制品提供強(qiáng)度和/或不同的耐腐蝕性。EP-A- 0 022 605中給出的例子是制造具有普通鋼基座和不銹鋼外覆蓋層的管材或薄板。在工作步驟之前，通過(guò)電子束焊縫焊接不同金屬層，主要是為了防止層在工作步驟中剝落，但也要防止氧氣在熱加工過(guò)程中接觸層之間的界面，如果存在，則會(huì)抑制層之間鍵的形成。

這些金屬部件[敏感詞]是片狀的，并且由易于形成氧化物表面涂層的鋁或鋁合金制成，該過(guò)程包括在要粘合的預(yù)定區(qū)域中從鋁部件上去除氧化物表面涂層， 組裝組件以形成堆棧，將堆棧放置在電子束焊接裝置的腔室中，抽空腔室，通過(guò)電子束焊接將堆疊中組件的邊緣區(qū)域焊接在一起，從腔室中取出焊接的堆棧，隨后對(duì)堆棧進(jìn)行擴(kuò)散粘合步驟，其中組件在所述預(yù)定區(qū)域粘合在一起;然后優(yōu)選將擴(kuò)散粘合的堆棧超塑性地形成成所需的形狀。優(yōu)點(diǎn)是，焊接的組件堆棧可以在不同時(shí)向堆棧施加真空的情況下進(jìn)行擴(kuò)散粘合，并且清潔鋁組件以去除表面氧化物和擴(kuò)散粘合之間的間隔可以大大延長(zhǎng)到數(shù)小時(shí)或數(shù)天的周期，而不會(huì)將粘合強(qiáng)度降低到不可接受的水平。

電子束焊接裝置真空室的抽真空相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)楹笳呱系拿芊饧仨氃趶氖覝氐?60 的所有溫度下都是氣密的。o C，因此密封件和抽真空程序比電子束焊接室復(fù)雜得多，在電子束焊接室中，密封件必須在更小的溫度范圍內(nèi)保持氣密性。此外，電子束室的抽真空時(shí)間比擴(kuò)散鍵合裝置的腔短，因?yàn)殡娮邮附邮蚁鄬?duì)于擴(kuò)散鍵合裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，并且因?yàn)閿U(kuò)散鍵合裝置通常包含幾個(gè)要擴(kuò)散鍵合在一起的組件堆棧，因此需要較長(zhǎng)的抽真空時(shí)間，這導(dǎo)致了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗谘趸锶コA段的約20分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)電子束焊接比在這段時(shí)間內(nèi)抽真空擴(kuò)散鍵合裝置的腔室要容易得多，如上所述，這是防止氧化物在清潔表面上重新形成所必需的，這將阻止隨后的擴(kuò)散結(jié)合。

優(yōu)選的是，也就是說(shuō)，通過(guò)將鋁（或其他氧化性金屬）制成的組件置于酸蝕刻或脫氧溶液中，然后對(duì)它們進(jìn)行噴砂，然后進(jìn)行化學(xué)處理以除去剩余的氧化物。

擴(kuò)散焊可以與組件同時(shí)進(jìn)行，但優(yōu)選在沒(méi)有組件同時(shí)工作的情況下進(jìn)行。（除了在擴(kuò)散焊接過(guò)程中不再需要對(duì)組件施加真空），也就是說(shuō)，組裝和焊接堆棧中的組件在540至580°C的溫度下壓縮 兩到五個(gè)小時(shí)?；蛘?，擴(kuò)散焊接步驟可以在加熱壓力機(jī)中進(jìn)行，例如在熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行。熱等靜壓（H.I.P.）是粉末冶金領(lǐng)域的一種眾所周知的技術(shù)，涉及對(duì)部件施加等靜壓，同時(shí)將其保持在所需的溫度。使用這種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)每平方英寸數(shù)千磅（數(shù)百萬(wàn)帕斯卡）的壓力;此外，熱等靜壓機(jī)很大，因此可以在任何時(shí)候在 H.I.P. 腔室中放置多個(gè)堆棧，以便可以將不同尺寸的單個(gè)堆棧粘合在一個(gè)批次中。

在試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，即使在電子束焊接和壓制之間延遲幾個(gè)小時(shí)后，通過(guò)熱壓焊接堆棧產(chǎn)生的焊接質(zhì)量也很好。

本文的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以[敏感詞]控制焊接室中的真空度，并且沒(méi)有在要粘合的板材之間截留空氣的危險(xiǎn)。這些因素有助于在焊接板中保持一致的焊接質(zhì)量。