CN102658443B - 一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料及钎焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料及钎焊工艺，钎料为Ti-Fe-Zr-Cu系钎料，其成分按质量百分比配比为：Fe 18%～35%、Zr 14%～24%、Cu 14%～22%、Si 0.2%～0.5%、余量为Ti；钎焊时将钎料箔带置于预处理过的钨铜合金与不锈钢待焊表面之间，真空条件下焊接。本发明的优点是钎料在钨铜合金及不锈钢表面润湿铺展较好，有利于填满钎缝，形成无气孔的致密焊缝，提高接头强度，钎焊工艺可以避免其它钎焊工艺中涉及的钨铜合金表面预镀镍的处理过程，也无需添加钎剂，工艺简单、便于推广，在真空中进行，可以降低气体杂质对接头的污染，提高钨铜合金与不锈钢钎焊界面的纯净度，真空钎焊工艺稳定可控，获得的钨铜合金与不锈钢接头性能稳定可靠，扩大了钨铜合金与异种材料连接的使用范围。

Description

一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料及钎焊工艺

技术领域

本发明涉及属于焊接技术领域，特别是一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料及钎焊工艺。

背景技术

钨铜合金是由钨与铜组成的既不互相固溶又不形成金属间化合物的两相单体均匀混合组织，具有良好的导热导电性、抗热震性、尺寸稳定性（低线胀系数）和高温强度，已应用于大功率微波器件的散热和热沉材料及超高压电触头、面向等离子体部件；在航天、军事工业上，可用于火箭、导弹尾喷管的喉衬、喷嘴、燃气舵等高温部件。进一步将钨铜合金与不锈钢异种材料连接制成复合件，可充分发挥钨铜合金高导热导电、抗热震及不锈钢高温抗氧化、耐腐蚀的性能优点，弥补各自的不足，对于提高复合件的整体性能、扩大钨铜合金的应用具有重要意义。

钨铜合金与不锈钢焊接时两者的线胀系数、熔点以及热导率等存在较大差异，且复合件在制备及使用过程中受循环热载荷作用，接头处易产生应力集中，增加断裂倾向，降低焊缝金属的力学性能。此外，钨铜合金对气体杂质敏感，焊接界面易形成孔洞，焊缝组织脆化，影响接头的气密性及承载能力。因此钨铜合金焊接时需在保护良好的气氛中进行，对焊接材料也有较高要求。由焊接热循环造成的组织结构变化和由气体杂质污染、焊接应力引起的焊缝性能失效是钨铜合金与不锈钢焊接面临的主要问题。

目前，日本Okayama理科大学采用BAg-8钎料对钨铜合金同种材料进行钎焊，采用纯BAg-8钎料钎焊时，接头断裂强度较差，采用Ni箔与BAg-8钎料组成复合中间层可提高对钨铜合金的润湿性，改善接头强度性能，但采用Ag基钎料，成本较高；中南大学采用钨铜合金表面预先镀镍配合Ag-Cu焊料实施钨铜合金的钎焊，钎焊界面结合良好；西北有色金属研究院预先在钨铜合金表面镀镍，采用Ag-Cu28钎料对W-Cu80合金与电子封装用可伐合金进行钎焊，获得的接头性能符合电子封接产品的技术要求，但焊接工序较多，工艺比较复杂；北京科技大学采用Ag-Ti₄钎料对钨铜合金与AlN陶瓷进行连接，钎焊温度967℃、真空度大于1.0×10^-3Pa的条件下，钎料与母材具有较好的润湿性，形成构件的剪切强度为115MPa；已有的钨铜合金与异种金属连接用钎料较多的采用Ag基钎料成分，但这类连接材料成本较高。北京航空材料研究院采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料及AgCu28钎料对W50（WCu50）合金与TC4合金进行真空钎焊，接头区W50中的Cu与Ti形成大量脆性相，接头性能较差。目前国内外文献中尚未见钨铜合金与不锈钢之间钎焊技术的报道。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料及钎焊工艺，解决目前钨铜合金焊接强度差的问题。

技术方案：一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料，所述钎料为Ti-Fe-Zr-Cu系钎料，其成分及质量百分比配比为：Fe18%～35%、Zr14%～24%、Cu14%～22%、Si0.2%～0.5%、余量为Ti。

所述钎料为箔带状，厚度为20～50μm。

上述一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料的钎焊工艺，包括以下步骤：

（1）焊前准备：先将钨铜合金与不锈钢的待焊接表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，用W10号金相砂纸研磨，将钨铜合金、不锈钢及钎料箔带一起置于纯丙酮中采用超声波方法清洗10分钟；

（2）装配：将清洗后的钎料箔带置于钨铜合金与不锈钢待焊接表面之间，并紧贴装配于钎焊夹具中，在焊接件上放置一小砝码，产生0.01～0.04MPa的恒定压力；

（3）钎焊连接：将装配好的夹具整体置于真空度不低于1.2×10^-3Pa的钎焊设备中，首先以8～13℃/min的速率升温至800℃，保温30min，再以10～15℃/min的速率继续升温至钎焊温度1010℃～1060℃，保温时间20～40min，然后以5～7℃/min的速率冷却至500℃，随炉冷却至室温，取出被焊件即可。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：

1、采用Ti-Fe-Zr-Cu系箔带熔化润湿连接钨铜合金与不锈钢，Ti-Fe-Zr-Cu系在钨铜合金及不锈钢表面润湿铺展较好，有利于填满钎缝，形成无气孔的致密焊缝，钎料中的Ti与钨铜合金中的W、Cu能相互固溶，钎料中的Fe、Zr、Si元素既能溶解于W、Cu又能与W、Cu发生反应，有利于钎料在母材表面的润湿铺展，提高接头强度，其室温四点弯曲强度不低于160MPa；

2、本发明钎焊工艺可以避免其它钎焊工艺中涉及的钨铜合金表面预镀镍的处理过程，也无需添加钎剂，工艺简单、便于推广；

3、本发明钎焊工艺在真空中进行，可以降低气体杂质对接头的污染，提高钨铜合金与不锈钢钎焊界面的纯净度，真空钎焊工艺稳定可控，获得的钨铜合金与不锈钢接头性能稳定可靠，扩大了钨铜合金与异种材料连接的使用范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：钨铜合金与奥氏体不锈钢对接接头真空钎焊：钨铜合金组分按质量百分比为W55%、Cu45%，试样尺寸为20mm×20mm×6mm，奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢，尺寸为20mm×20mm×6mm，待钎焊面为20mm×6mm截面。

钎料的成分及质量百分比配比为：Fe35%、Cu20%、Zr23%、Si0.5%、余量为Ti。钎料厚度为45μm。

钎焊工艺步骤为：

（1）先将钨铜合金与不锈钢的待焊接表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，用W10号金相砂纸研磨干净，将钨铜合金、不锈钢及钎料箔带一起置于纯丙酮中采用超声波方法清洗10分钟后烘干；

（2）将清洗后的钎料箔带置于钨铜合金与不锈钢待焊接表面之间，并紧贴装配于钎焊夹具中，在焊接件上放置一小砝码，产生0.01MPa的恒定压力；

（3）将装配好的夹具整体置于钎焊设备中，钎焊真空度不低于1.2×10^-3Pa，首先以8～13℃/min的速率升温至800℃，保温30min，再以10～15℃/min的速率继续升温至钎焊温度1060℃，保温时间20min，然后以5～7℃/min的速率冷却至500℃，随炉冷却至室温，取出被焊件即可。

结果：钎焊获得的钨铜合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接头成形良好，金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，室温抗弯强度为165MPa。

实施例2：钨铜合金与奥氏体不锈钢对接接头真空钎焊：钨铜合金组分按质量百分比为W55%、Cu45%，试样尺寸为20mm×10mm×6mm，奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢，尺寸为20mm×10mm×6mm，待钎焊面为20mm×6mm截面。

钎料的成分及质量百分比配比为：Fe20%、Cu20%、Zr14%、Si0.2%、余量为Ti。钎料厚度为25μm。

钎焊工艺步骤为：

（1）先将钨铜合金与不锈钢的待焊接表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，用W10号金相砂纸研磨干净，将钨铜合金、不锈钢及钎料箔带一起置于纯丙酮中采用超声波方法清洗10分钟后烘干；

（2）将清洗后的钎料箔带置于钨铜合金与不锈钢待焊接表面之间，并紧贴装配于钎焊夹具中，在焊接件上放置一小砝码，产生0.04MPa的恒定压力；

（3）将装配好的夹具整体置于钎焊设备中，钎焊真空度不低于1.33×10^-3Pa，首先以8～13℃/min的速率升温至800℃，保温30min，再以10～15℃/min的速率继续升温至钎焊温度1010℃，保温时间40min，然后以5～7℃/min的速率冷却至500℃，随炉冷却至室温，取出被焊件即可。

结果：钎焊获得的钨铜合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接头成形良好，金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，室温抗弯强度为163MPa。

实施例3：钨铜合金与奥氏体不锈钢对接接头真空钎焊：钨铜合金组分按质量百分比为W55%、Cu45%，试样尺寸为20mm×20mm×6mm，奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢，尺寸为20mm×20mm×6mm，待钎焊面为20mm×6mm截面。

钎料的成分及质量百分比配比为：Fe25%、Cu18%、Zr20%、Si0.4%、余量为Ti。钎料厚度为40μm。

钎焊工艺步骤为：

（1）先将钨铜合金与不锈钢的待焊接表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，用W10号金相砂纸研磨干净，将钨铜合金、不锈钢及钎料箔带一起置于纯丙酮中采用超声波方法清洗10分钟后烘干；

（2）将清洗后的钎料箔带置于钨铜合金与不锈钢待焊接表面之间，并紧贴装配于钎焊夹具中，在焊接件上放置一小砝码，产生0.03MPa的恒定压力；

（3）将装配好的夹具整体置于钎焊设备中，钎焊真空度不低于1.22×10^-3Pa，首先以8～13℃/min的速率升温至800℃，保温30min，再以10～15℃/min的速率继续升温至钎焊温度1040℃，保温时间30min，然后以5～7℃/min的速率冷却至500℃，随炉冷却至室温，取出被焊件即可。

结果：钎焊获得的钨铜合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接头成形美观，金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，室温抗弯强度为168MPa。

Claims (3)

1.一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料，其特征在于：所述钎料为Ti-Fe-Zr-Cu系钎料，其成分及质量百分比配比为：Fe18%～35%、Zr14%～24%、Cu14%～22%、Si0.2%～0.5%、余量为Ti。

2.根据权利要求1所述的一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料，其特征在于：所述钎料为箔带状，厚度为20～50μm。

3.一种使用权利要求1所述的一种钨铜合金与不锈钢钎焊用钎料的钎焊工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）焊前准备：先将钨铜合金与不锈钢的待焊接表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，用W10号金相砂纸研磨，将钨铜合金、不锈钢及钎料箔带一起置于纯丙酮中采用超声波方法清洗10分钟；

（2）装配：将清洗后的钎料箔带置于钨铜合金与不锈钢待焊接表面之间，并紧贴装配于钎焊夹具中，在焊接件上放置一小砝码，产生0.01～0.04MPa的恒定压力；

（3）钎焊连接：将装配好的夹具整体置于真空度不低于1.2×10^-3Pa的钎焊设备中，首先以8～13℃/min的速率升温至800℃，保温30min，再以10～15℃/min的速率继续升温至钎焊温度1010℃～1060℃，保温时间20～40min，然后以5～7℃/min的速率冷却至500℃，随炉冷却至室温，取出被焊件即可。