CN103962668A - 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法 - Google Patents

表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103962668A
CN103962668A CN201310027134.8A CN201310027134A CN103962668A CN 103962668 A CN103962668 A CN 103962668A CN 201310027134 A CN201310027134 A CN 201310027134A CN 103962668 A CN103962668 A CN 103962668A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
steel
titanium alloy
brazing
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310027134.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王国伟
李靖
刘以亮
叶体章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China General Nuclear Power Corp
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Original Assignee
China General Nuclear Power Corp
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China General Nuclear Power Corp, China Nuclear Power Engineering Co Ltd filed Critical China General Nuclear Power Corp
Priority to CN201310027134.8A priority Critical patent/CN103962668A/zh
Publication of CN103962668A publication Critical patent/CN103962668A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • B23K1/206—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/24—Ferrous alloys and titanium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法，其包括以下步骤：S1：通过离子注入法在钢基体的近表面和表面形成钛的离子注入层；以及S2：以离子注入层表面作为待焊接面与钛或钛合金基体进行钎焊连接。本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法实现了钢与钛或钛合金的冶金连接，有效减少了金属间化合物的产生，显著地提高了钢与钛或钛合金焊接接头的性能，能够满足结构件的工业化应用需求。

Description

表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法
技术领域
本发明属于焊接领域，更具体地说，本发明涉及一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法。
背景技术
钛与钢焊接接头因具有显著的经济效益和优异的结构性能而被广泛应用于航空、航天、石油化工、船舶等工业部门。但是，钛与钢的焊接难度较大，钛在高温下易与钢中的铁、碳元素形成FeTi、Fe2Ti、Fe2Ti4O、TiC等化合物，增加了接头的脆性。此外，钢与钛的线膨胀系数相差较大，降低了接头的结合强度，影响了钢与钛焊接接头的使用性能。
目前，钢与钛的焊接一般采用钨极氩弧焊技术，工艺和操作均比较简单。但是，钨极氩弧焊技术的焊接温度高，钢和钛的物理性能(如线膨胀系数和热导率)差异，使得高温条件下会产生较大的应力，容易产生裂纹；同时，生成的Fe与Ti的金属间化合物会使焊接接头变硬变脆，性能下降。
申请号为02133239.8的发明专利申请“钛铝基合金与钢的一种活性复合梯度阻隔扩散焊接方法”公开了一种钛铝基合金与钢的扩散焊接的方法，是将钛铝基合金与钢之间加入金属箔(如钛箔、镍箔、钒箔、铜箔、铌箔)，其厚度在10~100μm之间，在真空环境下可得到较好的钛铝基合金与钢的焊接接头。但是，这种方法引入了第三种材料中间层，不仅连接界面增加，同时也使得焊接接头的性能过度不连续且降低了焊接接头的耐腐蚀性。
有鉴于此，确有必要提供一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法，以克服现有技术中存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可显著提高钢与钛或钛合金焊接接头性能的表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法，其包括以下步骤：
S1：通过离子注入法在钢基体的近表面和表面形成钛的离子注入层；以及
S2：以离子注入层表面作为待焊接面与钛或钛合金基体进行钎焊连接。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，所述离子注入层的厚度为50nm~3μm。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，在形成离子注入层前，对钢基体进行前处理，前处理工艺为：先对钢基体打磨、抛光，再分别用丙酮和酒精超声清洗5~15min后吹干，将待焊钢基体清洗后放入真空室，本底真空度2.0×10-3Pa，随后进行Ar等离子体溅射清洗，其中，溅射电压-15kV～-10kV，溅射电压频率50~200Hz，脉冲宽度5~20μs，气压0.1Pa~1.0Pa，溅射时间5~20min。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，在所述步骤S1中，离子注入过程中的电压为-10~-45kV，频率10~20Hz，引出电流2~10mA，电弧电压30~70V，注入计量1.0×1015~7.0×1017/ion/cm2，注入时间10~120min。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，所述步骤S2进一步包括：把钛或钛合金基体放入碱性溶液中超声清洗以除去钛或钛合金基体表面的油污；然后，采用HNO3、HF、乳酸的混合溶液进行化学抛光，以去除钛或钛合金基体表面的氧化膜，清洗后的钛或钛合金基体再用酒精冲洗烘干；将处理后的钛或钛合金基体放入真空炉中，与设有钛的离子注入层的钢基体组装并进行钎焊连接。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，所述钎焊连接在真空下进行。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，所述钎焊连接在保护气氛下进行，保护气氛为全氩、全氦，或者氩、氦联合气氛。
作为本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法的一种改进，所述钎焊方法为炉中钎焊、感应钎焊、超声波钎焊、红外线钎焊或三束钎焊。
本发明采用离子注入法在钢基体的表面注入钛后，与钛或钛合金基体进行钎焊，很大程度上阻隔了高温条件下两种母材中Fe和Ti的直接接触和扩散，金属间化合物如FeTi、Fe2Ti等的形成大为减少，避免了钢与钛或钛合金直接焊接出现的脆性，实现了钢与钛或钛合金的冶金连接，降低了异种材料线膨胀系数的差异而出现裂纹的可能性，提高了钢与钛或钛合金焊接接头的性能。
附图说明
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法作进一步说明，其中：
图1是根据本发明的一个实施方式，表面处理钢与钛或钛合金钎焊前接头的示意图。
图2是根据本发明的一个实施方式，表面处理钢与钛或钛合金钎焊后接头的示意图。
附图标号说明：1、钢基体；10、钢基体表面；11、离子注入层；2、钛或钛合金基体；20、钛或钛合金基体表面；21、化合物层。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。可以理解的是，本说明书中描述的实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1所示，本发明提供了一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法，其包括以下步骤：S1：通过离子注入法在钢基体1的近表面和表面10形成钛的离子注入层11；以及S2：以离子注入层11的表面作为待焊接面与钛或钛合金基体2的钛基体表面20进行钎焊连接，焊接过程中，产生化合物层21，如图2所示，化合物层21中含有少量的FeTi和Fe2Ti。
本发明实现了钢与钛或钛合金的冶金连接，有效减少了金属间化合物如FeTi、Fe2Ti等的生成，显著提高了钢与钛或钛合金焊接接头的性能，能够满足结构件的工业化应用需求。
根据本发明的一个实施方式，离子注入层11的厚度h为50nm~3μm，离子注入层11内的钢基体1材料的原子与所注入的原子之间紧密结合，强度较高。根据实际需要，离子注入层11的厚度h可以选取50nm、200nm、500nm、1μm、2μm、3μm。
根据本发明的一个优选实施方式，在形成钛的离子注入层11之前，钢基体1进行前处理，前处理的工艺为：先对钢基体1打磨、抛光，再分别用丙酮和酒精超声清洗5~15min后吹干，将待焊钢基体1清洗后放入真空室，随后进行Ar等离子体溅射清洗，以除去钢基体1表面吸附的杂质原子，溅射参数如表1所示。
表1Ar等离子溅射清洗参数
溅射电压 -10~-15kV 气体压强 0.1~1.0Pa
溅射电压频率 100-300Hz 溅射时间 5~20min
溅射电压脉宽 5~20μs 本底真空度 5.0×10-3Pa
根据本发明的一个实施方式，步骤S2中，离子注入过程的参数如表2所示。
表2Ti离子注入层制备工艺参数
根据本发明的一个实施方式，步骤S2中，把钛或钛合金基体2在碱性溶液中超声清洗5~10min用以除去钛或钛合金基体2表面的油污，然后采用HNO3、HF、乳酸的混合溶液进行化学抛光，同时可以去除钛或钛合金基体2表面的氧化膜。清洗后的钛或钛合金基体2再用酒精冲洗烘干，将处理后的钛或钛合金基体2放入真空炉中，与设有钛的离子注入层11的钢基体1组装并进行钎焊连接。
焊接过程采用真空钎焊，有无保护气氛均可，可适用全氩、全氦和氩、氦联合的气体保护方式。钎焊方法也没有特殊的要求，可以采用常见的炉中钎焊、感应钎焊、超声波钎焊、红外线钎焊或三束钎焊。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过离子注入法在钢基体的近表面和表面形成钛的离子注入层；以及
S2：以离子注入层表面作为待焊接面与钛或钛合金基体进行钎焊连接。
2.根据权利要1所述的钎焊方法，其特征在于，所述离子注入层的厚度为50nm~3μm。
3.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，在形成离子注入层前，对钢基体进行前处理，前处理工艺为：先对钢基体打磨、抛光，再分别用丙酮和酒精超声清洗5~15min后吹干，将待焊钢基体清洗后放入真空室，本底真空度为2.0×10-3Pa，随后进行Ar等离子体溅射清洗，其中，溅射电压-15kV～-10kV，溅射电压频率50~200Hz，脉冲宽度5~20μs，气压0.1Pa～1.0Pa，溅射时间5~20min。
4.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，在所述步骤S1中，离子注入过程中的电压为-10~-45kV，频率10~20Hz，引出电流2~10mA，电弧电压30~70V，注入计量1.0×1015~7.0×1017/ion/cm2，注入时间10~120min。
5.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：把钛或钛合金基体放入碱性溶液中超声清洗以除去钛或钛合金基体表面的油污；然后，采用HNO3、HF、乳酸的混合溶液进行化学抛光，以去除钛或钛合金基体表面的氧化膜，清洗后的钛或钛合金基体再用酒精冲洗烘干；将处理后的钛或钛合金基体放入真空炉中，与设有钛的离子注入层的钢基体组装并进行钎焊连接。
6.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述钎焊连接在真空下进行。
7.根据权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，所述钎焊连接在保护气氛下进行，保护气氛为全氩、全氦，或者氩、氦联合气氛。
8.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述钎焊方法为炉中钎焊、感应钎焊、超声波钎焊、红外线钎焊或三束钎焊。
CN201310027134.8A 2013-01-24 2013-01-24 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法 Pending CN103962668A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310027134.8A CN103962668A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310027134.8A CN103962668A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103962668A true CN103962668A (zh) 2014-08-06

Family

ID=51232937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310027134.8A Pending CN103962668A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103962668A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104588811A (zh) * 2014-12-02 2015-05-06 中国核动力研究设计院 一种核反应堆用锆合金与不锈钢钎焊连接工艺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61213369A (ja) * 1985-03-19 1986-09-22 Natl Res Inst For Metals 炭化チタンの被覆方法
JPS61216851A (ja) * 1985-03-22 1986-09-26 Seiko Epson Corp Ｔｉ又はＴｉ合金とステンレス鋼とのロ−付け方法
CN85105468A (zh) * 1985-07-18 1987-01-14 交通部公路科学研究所 难焊金属的预刷镀钎焊法
JPH01143788A (ja) * 1987-11-27 1989-06-06 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 真空容器の製造法
WO2006095093A1 (fr) * 2005-03-09 2006-09-14 Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique_(S.A.S.U.) Plaques en acier revetues de zirconium et elements de dispositifs chimiques realises avec de telles plaques
CN101700592A (zh) * 2009-11-27 2010-05-05 哈尔滨工业大学 一种离子注入沉积前处理钎焊异种难焊金属的方法
CN101733496A (zh) * 2010-02-09 2010-06-16 中国科学院力学研究所 钛合金与合金钢激光搭接钎焊工艺
CN102719786A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 金属壳体及其表面处理方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61213369A (ja) * 1985-03-19 1986-09-22 Natl Res Inst For Metals 炭化チタンの被覆方法
JPS61216851A (ja) * 1985-03-22 1986-09-26 Seiko Epson Corp Ｔｉ又はＴｉ合金とステンレス鋼とのロ−付け方法
CN85105468A (zh) * 1985-07-18 1987-01-14 交通部公路科学研究所 难焊金属的预刷镀钎焊法
JPH01143788A (ja) * 1987-11-27 1989-06-06 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 真空容器の製造法
WO2006095093A1 (fr) * 2005-03-09 2006-09-14 Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique_(S.A.S.U.) Plaques en acier revetues de zirconium et elements de dispositifs chimiques realises avec de telles plaques
CN101700592A (zh) * 2009-11-27 2010-05-05 哈尔滨工业大学 一种离子注入沉积前处理钎焊异种难焊金属的方法
CN101733496A (zh) * 2010-02-09 2010-06-16 中国科学院力学研究所 钛合金与合金钢激光搭接钎焊工艺
CN102719786A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 金属壳体及其表面处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张立君: "Ti6Al4V生物材料等离子体复合注入研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士) 医药卫生科技辑》, no. 12, 15 December 2006 (2006-12-15) *
辛国强: "钛合金等离子体浸没离子注入表面力学性能与抗氧化性能", 《中国优秀硕士论文学位论文全文数据库工程科技I辑》, no. 02, 15 February 2009 (2009-02-15) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104588811A (zh) * 2014-12-02 2015-05-06 中国核动力研究设计院 一种核反应堆用锆合金与不锈钢钎焊连接工艺
CN104588811B (zh) * 2014-12-02 2016-07-06 中国核动力研究设计院 一种核反应堆用锆合金与不锈钢钎焊连接工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110665969B (zh) 一种高性能钛/钢双金属复合板的制备方法
CN104259644B (zh) 一种钨钛合金靶材焊接方法
CN111347146B (zh) 一种钨与热沉材料连接头及其制备方法
CN101574861B (zh) 钛包铝层状复合板及其制备方法
CN101579782A (zh) 铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法
CN202922105U (zh) 一种靶材与背板的连接结构
CN102009238A (zh) 钼靶材焊接方法
CN101537533A (zh) 靶材与背板的焊接结构及方法
WO2015085650A1 (zh) 一种W-Ti合金靶材组件扩散焊接方法
CN105385869A (zh) 高铌TiAl系金属间化合物与TC4钛合金复合构件的制备方法
CN102489865A (zh) 铜背板与靶材的焊接方法
CN111347147B (zh) 一种钨与热沉材料的热等静压连接方法
CN106825885A (zh) 一种电场辅助下的TZM合金与WRe合金的连接方法
CN105251971B (zh) 一种热轧复合板制坯过程层间真空涂层方法
CN107984062A (zh) 一种SUS316奥氏体不锈钢与Weldox700E低合金调质钢异种钢焊接的焊接方法
CN101972875A (zh) 钨钛合金靶材焊接方法
CN1413792A (zh) 钛铝基合金与钢的一种活性复合梯度阻隔扩散焊接方法
CN103084714A (zh) 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法
CN102794612B (zh) 一种W/Cu复合构件的制备方法
CN105220121B (zh) 一种靶材组件及其制备方法
CN102489815B (zh) 超级镍叠层复合材料的非晶钎焊工艺
CN103962717A (zh) 表面处理钢与钛或钛合金的焊接方法
CN110923643A (zh) 一种平面靶材的绑定方法
CN103962668A (zh) 表面处理钢与钛或钛合金的钎焊方法
CN105033459A (zh) 一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140806