CN105798450A - 钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺 - Google Patents

钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，包括以下步骤：(1)焊前清理钼铜合金与不锈钢的待焊表面，并拭净、吹干，直至露出金属光泽；(2)在钼铜合金与不锈钢待焊接触面之间添加复合中间层，然后将待焊工件置于真空室中，并用上、下压头压紧；(3)待真空室的真空度抽至10‑4Pa时，对装配好的钼铜合金与不锈钢工件进行瞬间液相扩散焊；(4)焊后冷却，取出钼铜合金与不锈钢焊接工件。本发明完全实现了钼铜合金与不锈钢的扩散连接，能够获得剪切强度达120MPa的钼铜合金与不锈钢的扩散连接接头，可以满足钼铜合金与不锈钢复合结构的使用要求，本发明具有成本低、工艺简单方便，适用性强、便于推广应用等优点。

Description

钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺
技术领域
本发明涉及一种用于钼铜合金和不锈钢的扩散连接方法，尤其涉及一种瞬间液相扩散连接钼铜合金与不锈钢的方法，属于异种材料的焊接技术领域。。
背景技术
随着电子器件功能的强化、体积小型化和功率的增大，对电子封接材料的高温性能和散热性能要求愈来愈高。钼铜合金具有良好的导电、导热性能和较稳定的热膨胀系数，以及适当的机械强度，可在较高温度下使用，作为电子封接材料受到高度重视。
钼铜合金与不锈钢焊接时，由于两者的热物理性能相差较大，如采用熔焊方法，接头处容易产生焊接裂纹，因此，需要采取焊前预热、焊后缓冷等工艺措施防止接头裂纹的产生。并且，钼铜合金对气体杂质较敏感，焊接时易产生气孔，接头快速冷却时，间隙杂质还会在晶界上形成偏析。因此，钼铜合金与不锈钢的焊接较多采用在真空环境或气体保护条件下进行焊接。
国内外有关钼铜合金和不锈钢的焊接主要采用钨极氩弧焊和真空钎焊技术。采用钨极氩弧焊技术焊接时，采用Cr25-Ni13合金焊丝作为填充材料，焊接前先对钼铜合金一侧进行预热，然后通过控制焊接热输入可获得强韧性较好的奥氏体和δ-铁素体双相组织焊缝。但在钼铜合金一侧的熔合区存在少量Fe-Mo金属间化合物，这些金属间化合物的聚集限制了钼铜合金与不锈钢接头的高温应用。真空钎焊钼铜合金与不锈钢采用的钎料主要有Ag-Cu-Ti活性钎料和镍基非晶钎料，这两种钎料成本较高，因此使其应用范围受到很大的限制。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出一种瞬间液相扩散连接钼铜合金与不锈钢的方法，以实现钼铜合金与不锈钢的扩散连接，提高焊接质量，降低生产成本，扩大钼铜合金与不锈钢焊接件的应用范围。
本发明是通过以下技术方案实现的：
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）焊前清理钼铜合金与不锈钢的待焊表面，并拭净、吹干，直至露出金属光泽；
2）在钼铜合金与不锈钢待焊接触面之间添加复合中间层，然后将待焊工件置于真空室中，并用上、下压头压紧；复合中间层是由铜箔和钛箔组成，或由铜箔和钛粉组成，它们以顺序为钼铜合金－钛箔+铜箔+钛箔－不锈钢，或：钼铜合金―钛粉+铜箔+钛粉―不锈钢的方式夹放在钼铜合金与不锈钢工件之间，所述铜箔纯度大于 99％，所述钛箔的厚度为 10～20μm，铜箔的厚度为 80～140μm；
3）待真空室的真空度抽至 10-4 Pa 时，对装配好的钼铜合金与不锈钢工件进行瞬间液相扩散焊，工艺参数为：加热温度 1010～1080℃，加热速度为 25～40℃/min，保温时间 25～40min，压力 6～10MPa，真空度为 10-4～10-5Pa；
4）焊后冷却，取出钼铜合金与不锈钢焊接工件。
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于步骤（1）中：焊前清理钼铜合金与不锈钢的待焊表面的方法为机械清理或/和化学清理；机械清理是：用金相砂纸打磨钼铜合金和不锈钢的待焊表面，使其表面粗糙度达到 Ra 1.6～6.4μm，打磨后，用酒精将待焊工件表面擦拭干净、吹干；化学清理是：采用体积百分比为10%的硫酸溶液或 10%～15%的盐酸或 75%～100%的酒精对待焊工件表面进行清洗，酸洗时间 5～10min；酸洗后，清水冲洗，用酒精将待焊工件表面擦拭干净、吹干。
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛箔上涂覆有铌粉，铌粉的添加量为钛箔质量的 20％～40％。
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛粉的粒度大于 200 目。
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛粉中添加有铌粉，混合粉末中，铌粉与钛粉的质量比为 1：3～1：2。
所述的钼铜合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于：所述钛粉的添加量为铜箔质量的 10%～25%。
所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于：所述步骤（4）具体为：焊后真空室通过水循环进行冷却，待真空室冷却至 100℃以下时，停止水循环冷却，真空室自然冷却 6～10h 后，取出钼铜合金与不锈钢焊接工件。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的钼铜合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，采用的含铌的钛箔和铜箔（或铜箔+钛、铌混合粉）复合中间层，熔点较低，焊接过程中在较低温度下即可熔化成液相金属，润湿钼铜合金与不锈钢的接触表面，提高钼铜合金与不锈钢的界面润湿能力，促进两者之间原子的快速扩散并发生扩散反应；加之经过设定的保温时间，扩散反应可持续进行，加速了钼铜合金与不锈钢之间的扩散结合。
2.本发明提出的瞬间液相扩散连接钼铜合金与不锈钢的方法，是通过活性含铌的钛箔和铜箔（或铜箔+钛、铌混合粉）复合中间层，在焊接过程中活化钼铜合金与不锈钢的待焊接触表面，实现钼铜合金与不锈钢的扩散连接。含铌的钛箔和铜箔（或铜箔+钛、铌混合粉）的活化温度范围低于不锈钢的软化温度。扩散连接时，复合中间层首先发生活化反应，分解出Ti、Nb、Cu等活性原子并迅速扩散到钼铜合金和不锈钢的接触表面。这一活化过程一方面激活钼铜合金与不锈钢接触表面的原子，另一方面活性原子Ti、Nb、Cu与钼铜合金/不锈钢界面处原子发生扩散反应，生成新的物相结构。活性原子Ti、Nb、Cu在钼铜合金/不锈钢界面之间形成的扩散反应新相结构有利于促进钼铜合金/不锈钢界面形成良好的扩散结合，提高钼铜合金/不锈钢扩散焊接头的结合强度性能。
3.焊前将活性含铌的钛箔和铜箔（或铜箔+钛、铌混合粉）夹放在钼铜合金与不锈钢件之间，并在扩散连接过程中施加压力，可以减小钼铜合金、复合中间层与不锈钢之间的微观间隙，增大钼铜合金和不锈钢与中间层的接触面积，促进Ti、Nb、Cu与钼铜合金/不锈钢界面处的原子扩散，有利于扩散反应，提高连接界面的结合强度。
4. 采用本发明的添加复合中间层瞬间液相扩散连接钼铜合金与不锈钢的方法，在含铌的钛箔和铜箔（或铜箔+钛、铌混合粉）的作用下，完全实现了钼铜合金与不锈钢的扩散连接。并且，结合本发明方法中给出的瞬间液相扩散焊接参数，能够获得剪切强度达120MPa的钼铜合金与不锈钢的扩散连接接头，可以满足钼铜合金与不锈钢复合结构的使用要求。本发明的钼铜合金与不锈钢的连接方法具有成本低、工艺简单方便，适用性强、便于推广应用等优点。

Claims (7)

1.钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）焊前清理钼铜合金与不锈钢的待焊表面，并拭净、吹干，直至露出金属光泽；
2）在钼铜合金与不锈钢待焊接触面之间添加复合中间层，然后将待焊工件置于真空室中，并用上、下压头压紧；复合中间层是由铜箔和钛箔组成，或由铜箔和钛粉组成，它们以顺序为钼铜合金－钛箔+铜箔+钛箔－不锈钢，或：钼铜合金―钛粉+铜箔+钛粉―不锈钢的方式夹放在钼铜合金与不锈钢工件之间，所述铜箔纯度大于 99％，所述钛箔的厚度为 10～20μm，铜箔的厚度为 80～140μm；
3）待真空室的真空度抽至 10-4 Pa 时，对装配好的钼铜合金与不锈钢工件进行瞬间液相扩散焊，工艺参数为：加热温度 1010～1080℃，加热速度为 25～40℃/min，保温时间 25～40min，压力 6～10MPa，真空度为 10-4～10-5Pa；
4）焊后冷却，取出钼铜合金与不锈钢焊接工件。
2.根据权利要求 1 所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于步骤（1）中：焊前清理钼铜合金与不锈钢的待焊表面的方法为机械清理或/和化学清理；机械清理是：用金相砂纸打磨钼铜合金和不锈钢的待焊表面，使其表面粗糙度达到 Ra 1.6～6.4μm，打磨后，用酒精将待焊工件表面擦拭干净、吹干；化学清理是：采用体积百分比为10%的硫酸溶液或 10%～15%的盐酸或 75%～100%的酒精对待焊工件表面进行清洗，酸洗时间 5～10min；酸洗后，清水冲洗，用酒精将待焊工件表面擦拭干净、吹干。
3.根据权利要求 1 所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛箔上涂覆有铌粉，铌粉的添加量为钛箔质量的 20％～40％。
4.根据权利要求 1 所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛粉的粒度大于 200 目。
5.根据权利要求1所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于所述钛粉中添加有铌粉，混合粉末中，铌粉与钛粉的质量比为 1：3～1：2。
6.根据权利要求 1 所述的钼铜合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于：所述钛粉的添加量为铜箔质量的 10%～25%。
7.根据权利要求 1 所述的钼铜合金和不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺，其特征在于：所述步骤（4）具体为：焊后真空室通过水循环进行冷却，待真空室冷却至 100℃以下时，停止水循环冷却，真空室自然冷却 6～10h 后，取出钼铜合金与不锈钢焊接工件。
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