在许多采用扩散焊的用途中,各种形式的中间层或中间材料的应用越来越普遍,在进多情况下所采用的中间层是标准的钎焊金属填料,它们只填充间隙而随后与基体金属进行扩散反应,使用中间层的另一个目的是造成基体金属与中间层之间相当大的硬度差,在两层硬的镍合金之间放一层软镍,施加较低的压力就能达到界面的一致,焊完后,合金元素扩散到非合金化的中间层,结果使横跨接头的组分和性能保持较小梯度。
LP 扩散焊工艺由Daniel F、Paulonic、David S、Duvall 与William A、 Owczarski 三人提出,并于1972年获得了美国发明专利。
1974 年撰文正式采用了“TLP Bonding”这一提法,并用相图解释了其金属学原理。
TLP扩散焊技术主要用于航空发动机耐高温部件的制造。同时瞬时液相扩散焊(TLP)也称接触反应钎焊或者扩散钎焊,如果生成低熔点的共晶体,也称为共晶反应钎焊。 其重要特征是夹在两待焊面间的夹层材料经加热后,熔化形成一极薄的液相膜,它润湿并填充整个接头间隙,随后在保温过程中通过液相和固相之间的扩散而逐渐凝固形成接头。其具体过程也分为三个阶段:
第1阶段是液相生成阶段,首先将中间层材料夹在焊接表面之间,施加一定的压力,然后在无氧化条件下加热,使母材与夹层之间发生相互扩散,形成小量的液相,填充整个接头缝隙。
第二阶段是等温凝固阶段,液-固之间进行充分的扩散,由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材中,母材内某些元素向液相中溶解,使液相的熔点逐渐升高而凝固,形成接头。
第三阶段是均匀化阶段,可在等温凝固后继续保温扩散一次完成,也可在冷却后,另行加热来完成,获得成分和组织均匀化的接头。
扩散的分类
扩散的程度因焊料的成分和母材金属的种类及不同的加热温度而异,它可分成从简单扩散到复杂扩散几类。
大体上说,扩散可分为两类,即自扩散(Self-diffusion)和异种原子间的扩散——化学扩散(Chemical diffusion)。所谓自扩散,是指同种金属原子间的原子移动;而化学扩散是指异种原子间的扩散。如从扩散的现象上看,扩散可分为三类:晶内扩散(Bulk diffusion)、晶界扩散(Grain-boundary diffusion)和通过扩散而形成的中间层,会使结合部分的物理特性和化学特性发生变化,尤其是机械特性和耐腐蚀性等变化更大。因此,有必要对结合金属同焊料成分的组合进行充分的研究。
表面扩散:
结晶组织与空间交界处的原子,总是易于在结晶表面流动。可认为这与金属表面正引力作用有关。因此,熔化焊料的原子沿着被焊金属结晶表面的扩散叫做表面扩散。表面扩散可以看成是金属晶粒形核长大时发生的一种表面现象,也可以认为是金属原子沿着结晶表面移动的现象,是宏观上晶核长大的主要动力。当气态金属原子在固体表面上凝结时,撞到固体表面上的原子就会沿着表面自由扩散,最后附着在结晶晶格的稳定位置上。这种情况下的原子移动,也称为表面扩散。一般认为,这时的扩散活动能量是比较小的。如前如述:表面扩散也分为自扩散和化学扩散两种。用锡-铅系列焊料焊接铁、铜、银、镍等金属时,锡在其表面有选择地扩散,由于铅使表面张力下降,还会促进扩散。这种扩散也属表面扩散。