扩散焊简介
扩散连接原理.
3.可焊接其他焊接方法难以焊接的焊件和材料，如
弥散强化合金、活性金属、耐热合金、陶瓷和复合
材料等，特别适合于不同种类的金属、非金属及异
种材料的连接。
⒋作为一种高精密的连接方法，焊后焊件不变形，
可ห้องสมุดไป่ตู้实现机械加工后的精密装配连接。
缺点：
⒈焊件待焊表面的制备和装配要求较高。 ⒉焊接过程中焊接时间长，生产效率低。在某些情 况下还会产生一些晶粒过渡长大等现象。 ⒊无法进行连续式批量生产。 ⒋设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设 备的限制。
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间
化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工
业、能源、化工及机械制造
二.扩散焊的分类
一些扩散焊的实例：
铜和不锈钢
铝合金泵叶轮
铝合金和铜
钼锆合金
单晶硅和单晶硅扩散焊
不锈钢板和网
碳碳和铌合金
铝合金分层制造
三.扩散连接原理
1. 固相扩散连接原理
2）机械加工、磨削、研磨和抛光获得所需要的平直
度和光滑度，以保证不用大的变形就可使其界面
达到紧密接触。
3）采用化学腐蚀或酸洗，清除材料表面的非金属膜
（如氧化膜）。
4）有时可采用真空烘烤以获得洁净的表面。是否采 用真空烘烤，很大程度上取决于材料及其表面膜
的性质。真空烘烤易去除有机膜、水膜和气膜。
不易去除钛、铝或含有大量铬的一些合金表面上
态，扩散迁移十分迅速，因此很快就形成以金
属键连接为主要形式的接头，如图c。
C.形成可靠接头阶段
在接触部分形成结合层，逐渐向体积方向发
展，形成可靠的连接接头，如图d。
上述三个阶段是扩散焊过程的主要特征，
热等静压扩散焊
热等静压扩散焊
热等静压扩散焊（Hot Isostatic Pressing Diffusion Bonding，HIP-DB）是一种金属焊接技术，将两个或多个金属材料通过加热和压力结合在一起，从而形成一个坚固的焊接接头。
热等静压扩散焊的过程包括以下几个步骤：
1. 准备工作：将要焊接的金属材料表面清洁干净，去除氧化层和污垢，以确保良好的接触和扩散。
2. 组装：将要焊接的金属材料按照设计要求组装在一起，并加入适量的焊接剂或金属粉末。
3. 加热：将组装好的金属材料放入专用的高温耐压容器中，施加高温和高压条件，使金属材料达到焊接温度，一般在材料的熔点附近。
4. 扩散：在高温和高压的条件下，金属材料开始扩散，原子在接触表面进行重新排列和交换，从而实现原子级的焊接。
5. 冷却：待扩散完成后，降温至室温，焊接接头冷却固化，形成坚固的焊缝。
热等静压扩散焊具有以下优点：
1. 高强度：由于焊接接头是原子级的扩散焊接，焊缝强度高，接近基材的强度。
2. 无气孔：焊接过程中，由于高温和高压条件，可将气体排除，从而形成无气孔的完整焊接接头。
3. 无局部变形：由于焊接过程中的均匀压力，几乎没有局部变形和应力集中现象。
4. 适用范围广：热等静压扩散焊适用于多种金属材料的焊接，包括难焊接的不同金属组合。
热等静压扩散焊在航天、航空、能源等领域有广泛应用，常用于制造高强度、高可靠性的焊接接头。
扩散焊概述
LEE MAN (SCETC)
扩散焊 扩散焊适宜于各种材料的焊接：
钛合金
铝及其合金 耐热钢和耐热合金
钛合金具有耐腐蚀、比强度高的特点，因而在飞机、导弹、卫 星等飞行器的结构中被大量采用。
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铝及其合金具有很好的传热与散热性能，利用扩散焊制成铝热 交换器、太阳能热水器、电冰箱蒸发器等。
扩散焊可以焊接多种耐热钢和耐热合金，可以制成高效率 燃气轮机的高压燃烧室、发动机叶片、导向叶片和轮盘等。
2
加热、加压
两焊件紧压在一起
置于真空或保护气氛
氧化膜破碎，表面微观凸起处发生塑性变形和高温蠕变而达到紧密接触 原子扩散 若干微小区域出现界面间的结合 保温，原子扩散扩大
整个连接界面均形成金属键结合
完成了扩散焊接过程
扩散焊时，通过温度、压力、时间、保护气氛、真空条件等为实现 金属间原子相互扩散与金属键结合创造了条件。
扩散焊
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LEE MAN (SCETC)
扩散焊
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第二节 扩散焊工艺
扩散焊的接头形式设计 焊前准备 焊件表面的制备与清理
中间层材料及选择
焊接温度 焊接压力 焊接参数选择 保持时间 环境气氛 表面状态
LEE MAN (SCETC)
扩散焊
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一、焊接准备
（一）扩散焊的接头形式设计
扩散焊接头的 形式比熔焊类型 多，可进行复杂 形状的接合，如 平板、圆管、中 空结构、T形及 蜂窝等结构均可 进行扩散焊。
扩散焊的原理及应用DFW-diffusion Welding
DFW－diffusion Welding
3.1 扩散焊原理及分类
扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过 微观塑性变形或通过待焊面产生的微量液相而扩大待焊面的 物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合 的一种压焊方法。
扩散焊是适应原子能、航空、航天及电子工业等尖端技术 领域的需要而迅速发展起来的一种特种焊接技术。
液相扩散焊
3.2 扩散焊的主要特点
优点：
①焊接质量高 ，焊缝中不存在熔化焊缺陷，也不存在过 热组织和热影响区。
②同种材料焊接时，可获得与母材性能相同的接头，几乎 不存在残余应力。
③焊接基体不熔化、不过热，可以焊接所有的金属和非金 属；特别适合焊接用一般焊接方法难以焊接或虽可焊接，但 性能和结构在焊接过程中容易遭受严重破坏的材料，如弥散 强化的高温合金、纤特 种材料、特殊结构中， 如航天工业、电子工业 、核工业。
图30能进行扩散焊的材料
热压焊(或热轧焊和锻焊)：用压力大，产生相当大的塑性 变形。在高温停留时间短，扩散很不充分，影响接头成型质 量的主要因素是变形量。
扩散焊：应用的压力较小，焊接表面发生的塑性流变量较 小，限制在微观范围内。在焊接温度下有充裕的保温扩散时 间，影响接头质量的主要因素是扩散过程。
扩散焊原理示意图
固相扩散焊
发展初期，在焊接界面不产生液相，焊接接头完全是在固 态下形成的。随着扩散焊工艺方法的不断发展，特别是焊接 不同材料或新型材料时，广泛采用了加中间扩散层的焊接工 艺，并在此基础上发展了过渡液相扩散焊工艺，使焊接界面 内有少量液相产生。
3.1 扩散焊原理及分类
扩散焊是在热压焊基础上发展起来的，并吸收了钎焊的某 些优点发展了一些新的工艺方法。
第四章扩散焊
4.3扩散焊工艺参数
图９-１５ 压力对接头弯曲强度的影响
4.3扩散焊工艺参数
3、焊接时间
又称保温时间，需要的保温时间与温度、压力、中间扩散层 厚度、接头成分及组织均匀化要求密切相关，也受材料表面 状态和中间层材料的影响。
4.3扩散焊工艺参数
图９-１３ 扩散连接时间对铜／钢 接头性能的影响
4.3扩散焊工艺参数
4.5典型材料的扩散焊及其应用 4.5.4陶瓷扩散焊
陶瓷材料的扩散连接
１.陶瓷扩散连接的主要问题 ２.SiC陶瓷的扩散连接 ３.Al2O3陶瓷与金属的扩散连接
4.5典型材料的扩散焊及其应用
１.陶瓷扩散连接的主要问题
(１)界面存在很大的热应力 陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属材料连接 时，由于陶瓷与金属的线膨胀系数差别很大，在扩散连接或使用 过程中，加热和冷却时必然产生热应力，由于热应力的分布极不 均匀，使接合界面产生应力集中，造成接头的承载性能下降。 (２)容易生成脆性化合物 由于陶瓷与金属的物理化学性能差别 很大，连接时除存在着键型转换以外，还容易发生各种化学反应， 在界面生成各种碳化物、氮化物、硅化物、氧化物以及多元化合 物。
图９-９ 典型结构的超塑性扩散连接 a)单层加强构件 b)双层加强结构 c)多层夹层结构(三层) 1—上模密封压板 2—超塑性成形板坯 3—加强板 4—下成形模具 5—超塑性成形件 6—外层超塑性成形板坯 7—不连接涂层区(钇基或氮化硼) 8—内层板坯 9—超塑性成形的两层结构件 10—中间层板坯
11—超塑性成形的三层结构件
4.5典型材料的扩散焊及其应用
陶瓷扩散连接的主要问题
(３)界面化合物很难进行定量分析 在确定界面化合物时，由于 一些轻元素(Ｃ、Ｎ、Ｂ等)的定量分析误差较大，需制备多种标 准试件进行标定。 (４)缺少数值模拟的基本数据 由于陶瓷和金属钎焊及扩散连接 时，界面容易出现多层化合物，这些化合物层很薄，对接头性能 影响很大。
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊是一种通过热扩散将高分子材料结合在一起的焊接方法。
其原理是利用高温将被焊接的高分子材料加热至熔化或软化状态，使其表面分子相互扩散并在接触面形成牢固的结合。
具体步骤如下：
1. 确定焊接部位：确定需要焊接的高分子材料部位。
2. 预热材料：将需要焊接的高分子材料加热至软化或熔化状态。
可以使用热风或热板等方式进行预热。
3. 接触和施加压力：将两个高分子材料部位接触在一起，并施加一定的压力，使其牢固接触。
4. 等待冷却：在施加压力的同时，等待焊接部位冷却固化，使高分子材料重新变得坚硬。
5. 检验焊接质量：对焊接部位进行质量检验，确保焊接牢固。
高分子扩散焊主要适用于热塑性高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等。
这种焊接方法可以实现无需添加外部填充材料的焊接，并且焊接强度较高，具有良好的密封性能。
扩散焊原理问题回答
扩散焊原理
扩散焊是一种常用的金属连接方法，它利用高温下金属原子间的扩散作用，将两个金属材料永久性地连接在一起。
其原理可以概括为以下几个步骤：
1. 清洁表面：在进行扩散焊接之前，需要对要连接的金属材料表面进行彻底清洁。
这是因为任何污垢、氧化物或其他杂质都会影响焊接的强度和质量。
2. 加热：将要焊接的金属材料加热到足够高的温度。
这通常需要使用火炬或其他加热设备，并且需要根据不同类型的金属材料和要求来确定合适的加热温度。
3. 扩散：当金属材料被加热到足够高温度时，其原子开始扩散。
这意味着它们会从一个位置移动到另一个位置，并且会与相邻原子相互作用。
4. 形成合金：当两个金属材料被加热并且原子开始扩散时，它们最终会形成一个混合物或合金。
这是因为它们中的原子会相互作用，并且在高温下会形成一种新的材料。
5. 冷却：一旦合金形成，需要将其冷却到室温。
这通常需要使用冷却液或其他方法来控制冷却速度，以确保焊接的质量和强度。
总体来说，扩散焊是一种非常有效的金属连接方法。
它可以产生非常强大和持久的连接，并且可以用于许多不同类型的金属材料。
但是，它需要高温和精确控制，因此需要经验丰富的专业人士来操作。
扩散焊
• 为了促进扩散焊过程的进行，降低扩散焊温度、时间、压力和提 高接头性能，扩散焊时可在待焊接材料之间插入中间层。
• 中间层材料的特点 • 中间层的选用 • 阻焊剂
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（1）中间层材料的特点
1）容易发生塑性变形；含有加速扩散的元素，如B、Be、Si等。 2）物理化学性能与母材的差异较被焊材料之间的差异小；不与母
• 1. 钢与铝的扩散焊 • 2．钢与钛的扩散焊接 • 3．钢与铜及铜合金扩散焊接 • 4．不锈钢与钼扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1. 钢与铝的扩散焊
• 钢与铝及铝合金进行扩散焊的主要问题是焊接界面附近易形成 Fe-Al金属间化合物，使接头强度下降。
• 可采用增加中间过渡层的方法获得牢固的接头。 • 一般可选用Cu和Ni。 • 合金元素Mg、Si及Cu对钢与铝扩散焊接头的强度影响很大。
焊工技师、高级技师培训
7-7 异种金属特种焊接方法—扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
一、扩散焊概述
• 扩散焊（DFW）是将紧密接触的焊件置于真空或保护气氛中，并在
一定温度和压力下保持一段时间，使接触界面之间的原子相互扩散 而实现可靠连接的一种固相焊接方法。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1.扩散焊的基本原理
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1.按照真空度分类
• 根据工作空间所能达到的真空度或极限真空度，可以把扩散焊设备 分为四类，即低真空（0.1Pa以上）、中真空（0. l Pa～10-3 Pa） 、高真空（＜10-5Pa）焊机和低压、高压保护气体扩散焊机。
• 根据焊件在真空中所处的情况，可分为焊件全部处在真空中的焊机 和局部真空焊机。
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以铜薄膜作中间层的镁铝扩散焊接简介
一、扩散焊原理简介：
如上图所示的三个阶段描述了无扩散辅助材料的常规扩散焊接接头的形成过程。
这里温度、压力、时间和真空等为实验金属间原子相互扩散与金属键结合创造了条件。
在温室下焊接表面无论焊前如何加工处理，贴合时只限于极少数凸出点接触，进入前一阶段，在温度和压力作用下，粗糙表面上首先在微观凸起点接触的部位开始塑形变形，并在变形中挤碎了表面氧化膜，于是导致该接触点的面积增加和被挤平，净面接触处便形成金属件连接，其余未连接部分就形成微孔（空隙）残留在界面上。
在如图所示的第一阶段中，粗糙接触面主要是按照屈服和蠕变变形机理发生变化的，在大部分界面上达到紧密接触。
在此阶段结束时，接头基本上位于接触面的晶界上，这些接触面之间存在着空隙。
第二阶段，原子持续扩散，而使界面上许多微孔消失。
在这个阶段中，扩散机理比变形机理更重要，随着原子晶界扩散的继续进行，许多空间消失。
在此同时，界面晶界发生迁移，离开接头的初始平面，形成一个平衡的形态，而在一些晶粒内留下许多残余空隙。
第三阶段，继续扩撒，界面与微孔最后消失形成新的晶界，达到冶金结合，最后接头成分趋向均匀。
上述扩散焊接形成三阶段，温度决定第一阶段中接触面积的大小，也决定了控制二三阶段中消除微孔的扩散速度，压力主要在第一阶段起作用，它能使接触
面积增大。
而形成接头所需要的时间，则取决于所加的温度和压力。
二、：铜薄膜为中间层的扩散焊原理
采用磁控溅射技术在变形镁合金表面沉积铜薄膜，将其作为中间层对变形镁合金和硬铝合金进行了低温扩散焊接研究．利用超声波显微镜、x射线衍射、扫描电镜、电子探针等对焊接接头界面区域的显微结构及物相等进行了研究．研究结果表明，在镁合金基体上沉积的cu薄膜主要以(111)、(200)晶向上生长，薄膜表面平整、均匀、致密；在扩散焊接工艺条件焊接温度T=455℃、保温时间t=90 min、压力P=3 MPa下获得了质量较好的Mg／Al焊接接头．焊接接头界面区域由铝镁原子比分别为3：2，1：1，12：17三层镁铝系金属间化合物构成，接头断裂破坏发生在镁铝系化合物层，断口呈现明显的脆性断裂特征．
镁合金作为一种新型的工程结构材料越来越引起了社会各界的广泛关注，因其具有比强度高、刚度大、抗冲击性能好、抗震性好、热容量低、冷凝速度快、良好的机械加工性能等优点，现已广泛地、航空航天、民用电子产品等领域．铝是地壳中含量最高的金属元素，铝合金是目前使用最广的金属结构材料之一．铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，同时其塑性好，能够加工成各种型材，具有良好的导电性、导热性和抗蚀性等特点．如果实现镁合金与铝合金异种金属的焊接并形成可靠的焊接结构件，不仅能充分发挥镁合金、铝合金各自的优异性能，还能够大大拓展其在高科技领域，特别是在航空航天方面的应用，所以实现镁铝异种金属的焊接具有非常深远的现实意义．然而镁铝异种金属因其物理化学性质的差异利用一般的焊接方法要实现其可靠连接十分困难，两种金属直接焊接主要存在的问题是：a．镁、铝的活性很高，容易与空气中的氧气发生反应在表面形成一层氧化物膜，氧化物膜的存在不利于母材原子的相互扩散，导致焊接工艺难以控制；b．镁与铝易相互反应，焊接接头界面区域生成大量高硬度脆性金属间化合物并出现分层现象，导致焊接接头强度不高．
磁控溅射镀膜是添加焊接中间层的一种切实可行的方法，薄膜的沉积一方面能减小焊接母材的表面粗糙度促进母材焊接面的充分接触，另一方面能够针对不同焊接体系实现多层复合中间层的添加，同时因其自身特点而具有非常独特的应用前景．本文中利用磁控溅射镀膜技术在焊接母材镁合金表面沉积一层致密度高、结晶性好，厚度均匀Cu薄膜，将Cu作为中间层实现了对镁／铝的真空低温扩
散焊接。