CN102240836A - 钼和石墨真空钎焊方法 - Google Patents

Abstract

一种钼和石墨真空钎焊方法，属于异质材料焊接技术领域。其步骤：预处理，对钼的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，且对石墨的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件和石墨待焊工件；置入钎料，将钎料置入钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；真空钎焊，将待钎焊工件放入真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力，且对真空钎焊炉抽真空，控制真空度、钎焊温度和控制保温时间，得到钼与石墨焊接件。优点：保障了焊接结合面的受力均匀，残余应力少，增加了钼和石墨的焊接强度；使钼与石墨合金焊接件得以在 1400 ℃以下服役，性能稳定，不开裂。

Description

钼和石墨真空钎焊方法

技术领域

本发明属于异质材料焊接技术领域，具体涉及一种钼和石墨真空钎焊方法。

背景技术

石墨具有密度小、散热能力强及高温力学性能稳定等特点，被誉为理想的高温散热材料。钼具有良好的导电性、高温强度和低蒸汽压等特点而被广泛应用于电子设备中，常用于制造电子管构件、微波设备的内部构件、高性能电子插件和X射线内部元件（靶、支架和隔热屏）等。例如在CT机中使用的钼靶在服役时由于受到X射线的连续轰击会产生大量的热量，这些热量的积累会使靶的温度升高，甚至会达到1300℃高温，这些热量如能及时散出会大大提高靶的服役寿命。而把石墨焊接到钼上，既可起到很好的散热效果，又可减轻靶的重量，从而使靶的使用温度范围和使用寿命均得到提高。

本申请人进行了检索，然而在已公开的中国专利文献中未见诸钼和石墨焊接的技术启示，而由中国四川大学于2004年5月10日发表于机械工程论文网（中国硕士学位论文全文数据库）上的“石墨与钼合金材料与钎焊工艺”一文主要就三种焊材即Ti-Si钎料、Zr钎料和Ti钎料对石墨和TZM的焊接工艺和接头的焊接性能展开了研究。该文献对于如何增加钼和石墨之间的焊接结合面的比表面积并使焊接结合面的受力均匀而藉以减少残余应力和增进焊接强度不具有可借鉴的技术启示，然而这些要素恰恰是钼和石墨焊接技术的关键。对此，本申请人作了反复而有益的探索，下面将要介绍的技术方案便是基于这种前提下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于增大钼和石墨之间的焊接结合面的比表面积、有利于使焊接结合面的受力均匀、有益于减少残应力而藉以充分体现以石墨散热能力强的特性以保障钼在高温服役条件下具有优异的散热效果的钼和石墨真空钎焊方法。

本发明的任务是这样来完成的，一种钼和石墨真空钎焊方法，包括以下步骤：

A）预处理，对钼的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，并且对石墨的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件和石墨待焊工件；

B）置入钎料，将钎料置入钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；

C）真空钎焊，将待钎焊工件放入真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力，并且对真空钎焊炉抽真空，控制真空度、钎焊温度和控制保温时间，得到钼与石墨焊接件。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）中所述的对钼待焊工件的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理是指采用电火花数控机床对钼的用于与所述石墨焊接的表面进行腐蚀处理，并且控制电火花数控机床的放电的脉冲宽度和峰值电流、控制表面腐蚀层的厚度和控制表面粗糙度，而后进行清洁处理。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A）中所述的对石墨的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理是指对石墨的用于与所述钼相互焊接的表面进行粗糙处理，并且控制粗糙程度，而后进行清洁处理。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤B）中所述的钎料为预先经过预清洗的箔钎料。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤C）中所述的对待焊工件施加垂直方向的压力为4-6MPa；所述的控制真空度是将真空度控制为3×10 ^-3 ～5×10 ^-3 MPa；所述的控制钎焊温度是将钎焊温度控制为1500-1650℃；所述的控制保温时间是将保温时间控制为20-30min。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的控制电火花数控机床的放电的脉冲宽度和峰值电流是将脉冲宽度和峰值电流分别控制为360-600μs和10-20A；所述的控制表面腐蚀层的厚度是将表面腐蚀层的厚度控制为0.5-1.5㎜；所述的控制表面粗糙度是将表面粗糙度控制为Ra6.3μm～Ra12.5μm。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的清洁处理是先将所述钼待焊工件置入碱溶液中煮沸10-15min，再由超声波清洗机并且使用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的对石墨的用于与所述钼焊接的表面进行粗糙处理是指采用80目，120目，180目或240目的金相砂纸对石墨的待焊表面区域沿着相互垂直的两个方向交替打磨而藉以在待焊表面区域形成匀致的凸起和凹坑，所述的控制粗糙程度是将粗糙程度控制为Ra1.6μm～Ra3.2μm，所述的清洁化处理是先将所述石墨待焊工件由超声波清洗机并且使用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的预清洗是将箔钎料置入超声波清洗机并且用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的箔钎料为厚度0.25-0.35㎜的NiCoPaTi箔钎料。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：其一，由于对钼和石墨的待焊表面区域进行了增大比表面积的预处理，使焊接结合面的比表面积得以扩展，保障了焊接结合面的受力均匀，残余应力少，增加了钼和石墨的焊接强度；其二，由钎料对钼和石墨进行真空钎焊，使钼与石墨合金焊接件得以在1400℃以下服役，性能稳定，不开裂。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换，则均应当视为本发明的技术方案范围并且受到保护。

实施例1：

A）预处理，对钼的待焊表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：采用电火花数控机床对钼的用于与石墨焊接的表面区域进行电火花腐蚀处理，并且设定（即控制）电火花数控机床的放电参数：脉冲宽度（电火花的脉冲宽度）为360μs，峰值电流为20A，表面腐蚀层的厚度为0.5㎜，表面粗糙度为Ra10μm，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件，接着进行清洁处理，具体是将钼待焊工件置入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中煮沸10min，取出后放入超声波清洗机并且使用溶剂即使用工业纯级丙酮清洗10min，清洗结束后自然干燥，待用，对石墨的待焊接表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：对石墨的用于与前述钼焊接的表面进行粗糙处理，采用240目的金相砂纸对石墨的待焊表面沿着相互垂直的两个方向交替打磨，藉以在石墨的待焊表面形成匀致的凸起和凹坑，粗糙度控制为Ra1.6μm，得到待焊表面预处理后的石墨待焊工件，接着进行清洁化处理，具体是将石墨待焊工件投入超声波清洗机并且使用溶剂（本实施例使用工业纯级丙酮作为溶剂）清洗10min后取出并自然干燥，待用；

B）置入钎料，将钎料置入由步骤A）得到的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，在本实施例中，钎料为预先经过预清洗的材质为NiCoPaTi箔钎料，厚度为0.3mm，预清洗是将前述的NiCoPaTi箔钎料置入超声波清洗机并且用溶剂（本实施例由工业纯级的丙酮充任所述溶剂）清洗5min，清洗完成后取出并自然干燥，自然干燥后将其置入到前述的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；

C）钎焊，将由步骤B）得到的待钎焊工件放入（置入）真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的即由真空纤焊炉自带的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力4MPa，关闭炉门后，对真空钎焊炉抽真空至真空度3×10 ^-3 MPa，真空钎焊炉的钎焊温度为：先以6℃/min的升温速率升温至700℃，在保温10min后再继续以6℃/min的升温速率升温至1500℃，并且保温20min，保温结束后随炉冷却至室温，得到钼与石墨焊接件（也可称钼与石墨连接件）。

对实施例1得到的钼和石墨焊接件放入真空炉内加热至1400℃，保温60min，然后随炉冷却至室温，再对其进行力学性能测试，其室温下剪切强度为14.5MPa。

实施例2：

A）预处理，对钼的待焊表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：采用电火花数控机床对钼的用于与石墨焊接的表面区域进行电火花腐蚀处理，并且设定即控制电火花数控机床的放电参数：脉冲宽度（电火花的脉冲宽度）为480μs，峰值电流为10A，表面腐蚀层的厚度为1.5㎜，表面粗糙度为Ra12.5μm，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件，接着进行清洁处理，具体是将钼待焊工件置入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中煮沸15min，取出后放入超声波清洗机并且使用溶剂即使用工业纯级丙酮清洗5min，清洗结束后自然干燥，待用，对石墨的待焊接表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：对石墨的用于与前述钼焊接的表面进行粗糙处理，采用120目的金相砂纸对石墨的待焊表面沿着相互垂直的两个方向交替打磨，藉以在石墨的待焊表面形成匀致的凸起和凹坑，粗糙度控制为Ra2.0μm，得到待焊表面预处理后的石墨待焊工件，接着进行清洁化处理，具体是将石墨待焊工件投入超声波清洗机并且使用溶剂（本实施例使用工业纯级丙酮作为溶剂）清洗5min后取出并自然干燥，待用；

B）置入钎料，将钎料置入由步骤A）得到的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，在本实施例中，钎料为预先经过预清洗的材质为NiCoPaTi箔钎料，厚度为0.35mm预清洗是将前述的NiCoPaTi箔钎料置入超声波清洗机并且用溶剂（本实施例由工业纯级的丙酮充任所述溶剂）清洗10min，清洗完成后取出并自然干燥，自然干燥后将其置入到前述的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；

C）钎焊，将由步骤B）得到的待钎焊工件放入（置入）真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的即由真空纤焊炉自带的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力6MPa，关闭炉门后，对真空钎焊炉抽真空至真空度4×10 ^-3 MPa，真空钎焊炉的钎焊温度为：先以5℃/min的升温速率升温至800℃，在保温8min后再继续以6℃/min的升温速率升温至1650℃，并且保温15min，保温结束后随炉冷却至室温，得到钼与石墨焊接件。

对实施例1得到的钼和石墨焊接件放入真空炉内加热至1400℃，保温60min，然后随炉冷却至室温，再对其进行力学性能测试，其室温下剪切强度为16MPa。

实施例3：

A）预处理，对钼的待焊表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：采用电火花数控机床对钼的用于与石墨焊接的表面区域进行电火花腐蚀处理，并且设定即控制电火花数控机床的放电参数：脉冲宽度（电火花的脉冲宽度）为600μs，峰值电流为15A，表面腐蚀层的厚度为1.0㎜，表面粗糙度为Ra11μm，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件，接着进行清洁处理，具体是将钼待焊工件置入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中煮沸12min，取出后放入超声波清洗机并且使用溶剂即使用工业纯级丙酮清洗8min，清洗结束后自然干燥，待用，对石墨的待焊接表面区域进行旨在增大比表面积的预处理，具体是：对石墨的用于与前述钼焊接的表面进行粗糙处理，采用80目的金相砂纸对石墨的待焊表面沿着相互垂直的两个方向交替打磨，藉以在石墨的待焊表面形成匀致的凸起和凹坑，粗糙度控制为Ra3.2μm，得到待焊表面预处理后的石墨待焊工件，接着进行清洁化处理，具体是将石墨待焊工件投入超声波清洗机并且使用溶剂（本实施例使用工业纯级丙酮作为溶剂）清洗结束后取出并自然干燥，待用；

B）置入钎料，将钎料置入由步骤A）得到的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，在本实施例中，钎料为预先经过预清洗的材质为NiCoPaTi箔钎料，厚度为0.25mm预清洗是将前述的NiCoPaTi箔钎料置入超声波清洗机并且用溶剂（本实施例由工业纯级的丙酮充任所述溶剂）清洗8min，清洗完成后取出并自然干燥，自然干燥后将其置入到前述的钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；

C）钎焊，将由步骤B）得到的待钎焊工件放入（置入）真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的即由真空纤焊炉自带的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力5MPa，关闭炉门后，对真空钎焊炉抽真空至真空度5×10 ^-3 MPa，真空钎焊炉的钎焊温度为：先以4℃/min的升温速率升温至900℃，在保温12min后再继续以8℃/min的升温速率升温至1550℃，并且保温20min，保温结束后随炉冷却至室温，得到钼与石墨焊接件。

对实施例1得到的钼和石墨焊接件放入真空炉内加热至1400℃，保温60min，然后随炉冷却至室温，再对其进行力学性能测试，其室温下剪切强度为15.8MPa。

Claims (10)

1.一种钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于包括以下步骤：

A）预处理，对钼的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，并且对石墨的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理，得到待焊表面预处理后的钼待焊工件和石墨待焊工件；

B）置入钎料，将钎料置入钼待焊工件的待焊表面与石墨待焊工件的待焊表面之间，得到待钎焊工件；

C）真空钎焊，将待钎焊工件放入真空钎焊炉内，由真空钎焊炉内的加压装置对待钎焊工件施加垂直方向的压力，并且对真空钎焊炉抽真空，控制真空度、钎焊温度和控制保温时间，得到钼与石墨焊接件。

2.根据权利要求1所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于步骤A）中所述的对钼待焊工件的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理是指采用电火花数控机床对钼的用于与所述石墨焊接的表面进行腐蚀处理，并且控制电火花数控机床的放电的脉冲宽度和峰值电流、控制表面腐蚀层的厚度和控制表面粗糙度，而后进行清洁处理。

3.根据权利要求1所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于步骤A）中所述的对石墨的待焊表面区域进行增大比表面积的预处理是指对石墨的用于与所述钼相互焊接的表面进行粗糙处理，并且控制粗糙程度，而后进行清洁处理。

4.根据权利要求1所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于步骤B）中所述的钎料为预先经过预清洗的箔钎料。

5.根据权利要求1所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于步骤C）中所述的对待焊工件施加垂直方向的压力为4-6MPa；所述的控制真空度是将真空度控制为3×10^-3～5×10^-3MPa；所述的控制钎焊温度是将钎焊温度控制为1500-1650℃；所述的控制保温时间是将保温时间控制为20-30min。

6.根据权利要求2所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于所述的控制电火花数控机床的放电的脉冲宽度和峰值电流是将脉冲宽度和峰值电流分别控制为360-600μs和10-20A；所述的控制表面腐蚀层的厚度是将表面腐蚀层的厚度控制为0.5-1.5㎜；所述的控制表面粗糙度是将表面粗糙度控制为Ra6.3μm～Ra12.5μm。

7.根据权利要求2所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于所述的清洁处理是先将所述钼待焊工件置入碱溶液中煮沸10-15min，再由超声波清洗机并且使用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

8.根据权利要求3所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于所述的对石墨的用于与所述钼焊接的表面进行粗糙处理是指采用80目，120目，180目或240目的金相砂纸对石墨的待焊表面区域沿着相互垂直的两个方向交替打磨而藉以在待焊表面区域形成匀致的凸起和凹坑，所述的控制粗糙程度是将粗糙程度控制为Ra1.6μm～Ra3.2μm，所述的清洁化处理是先将所述石墨待焊工件由超声波清洗机并且使用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

9.根据权利要求4所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于所述的预清洗是将箔钎料置入超声波清洗机并且用溶剂清洗5-10min，取出后自然干燥。

10.根据权利要求4或9所述的钼和石墨真空钎焊方法，其特征在于所述的箔钎料为厚度0.25-0.35㎜的NiCoPaTi箔钎料。