CN107225249A - 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 - Google Patents
一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107225249A CN107225249A CN201710487332.0A CN201710487332A CN107225249A CN 107225249 A CN107225249 A CN 107225249A CN 201710487332 A CN201710487332 A CN 201710487332A CN 107225249 A CN107225249 A CN 107225249A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten
- steel
- powder
- connection method
- vacuum
- 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
Links
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 118
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title claims abstract description 113
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 113
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 12
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims description 7
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 7
- 229910000799 K alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 abstract 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 4
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 150000003657 tungsten Chemical class 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
- B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
-
- B22F1/0003—
-
- 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
- B23K1/008—Soldering within a furnace
-
- 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
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；属于复合材料制备技术领域。本发明以成分Ni与Fe质量配比为7:3的纳米级预合金混合粉末为原料，采用高温熔覆和真空热压复合工艺对钨基体表面进行梯度合金化处理后进行钨与钢的真空扩散连接。本发明通过镍、铁组分的配置、真空热压、高温熔覆和真空扩散等工艺或参数的优化，在钨基体表面形成了成分梯度化的合金层，获得了界面无缺陷、热疲劳性能好、界面稳定性高的钨/钢复合结构件。其可用于磁约束核聚变实验装置中氦冷偏滤器部件的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；属于复合材料制备技术领域。
背景技术
钨具有高密度、高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀等优异特性，被广泛应用于航空航天、武器装备、能源和电子等领域。由于钨的本征脆性和制备方法的限制，难以获得大尺寸以及形状复杂的纯钨构件，发展钨/钢复合结构来替代全钨结构不但能增加部件的使用便利性，还能综合发挥各连接材料的性能优势。如在磁约束核聚变堆实验装置中，中子辐照和高的热、力载荷要求耐高温、低活性的材料应用于偏滤器材料，钨与低活性钢是理想的偏滤器候选材料。然而，要组成一个完整的偏滤器部件，涉及到钨与低合金钢的连接。但是，钨与钢的热物理性能和力学性能差异较大，导致钨与钢的焊接性差，连接质量不高，在高的热力负荷作用下，容易发生破坏失效。
目前，钨与钢的连接技术发展起来的主要有钎焊和真空扩散焊。文献“Development of rapidly quenched brazing foils to join tungsten alloys withferritic steel,Kalin BA,Fedotov VT,Sevrjukov ON,et al:Journal of NuclearMaterials.2004,329-333:p.1544-1548”采用非晶态高温钎料实现了钨与钢的钎焊连接，但焊接样品经热循环试验，极易在靠近焊缝处的钨基体材料内产生裂纹，这与钨/钢钎焊连接件内存在较大的残余应力有关。
真空扩散连接技术由于具有低温连接、高温使用等优良的连接实用性，成为连接异种材料最有效的方法之一。钨与钢扩散连接时，由于钨与钢之间大的热物理性能差异，常通过添加中间层来改善连接接头界面组织结构和应力状态，以提高连接接头质量。文献“Effect of joining temperature on the microstructure and strength oftungsten/ferritic steel joints diffusion bonded with a nickel interlayer,Zhong ZH,Jung H,Hinoki T,Kohyama A.:Journal of Materials ProcessingTechnology 2010；210:p.1805-1810.”和“Effect of holding time on themicrostructure and strength of tungsten/ferritic steel joints diffusionbonded with a nickel interlayer,Zhong ZH,Hinoki T,Kohyama A.:MaterialsScience and Engineering A 2009；518:p.167-173.”通过添加Ni中间层来扩散连接钨与钢，虽然中间层Ni具有一定的缓解残余应力作用，但所制得的钨/Ni/钢连接接头界面易生成Ni4W脆性相，连接件性能不高。文献“Diffusion bonding between W andEUROFER97using V interlayer,Basuki WW,Aktaa J.:Journal of Nuclear Materials2012；429:p.335-340.”和“Investigation of tungsten/EUROFER97diffusion bondingusing Nb interlayer,Basuki WW,Aktaa J.:Fusion Engineering and Design2011；86:p.2585-2588.”分别采用V和Nb作中间层来扩散连接钨与钢，但连接件焊缝处仍形成了大量金属碳化物(Nb2C、Nb6C5或V2C)等脆性相，连接质量有待进一步改善。
综上所述，钨/钢焊接时由于钨与钢之间大的热物理性能差异，导致焊接后残余应力大，焊缝处易生成高硬脆性金属间化合物等有害相，造成连接件质量不高。目前，还没有比较成熟的工艺能实现钨与钢的高性能连接。此外，核聚变堆的高热负荷环境对连接件的界面热稳定性提出了更高要求，提高钨/钢连接件在热循环载荷作用下的可靠性至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法，有效解决了钨/钢焊接时残余应力大，及焊缝处易生成脆性金属间化合物等有害相带来的界面热稳定性差的问题，大大提高了钨/钢复合结构件在热循环载荷作用下的可靠性。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；包括以下步骤：
步骤一
按质量比，Ni：Fe＝7:3配取Ni粉、Fe粉，将配取的Ni粉、Fe粉机械混合均匀，得到备用粉；
步骤二
将备用粉压制成型，得到压坯；
步骤三
将步骤二所得压坯与表面清洁的钨基体材料进行叠层后，置于真空热压炉中进行预合金化表面改性，得到半成品；
所述预合金化表面改性为：
首先将炉温升至1000～1200℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～10MPa的连接压力，随后卸载压力，继续升温至1480～1550℃、优选为1500℃，保温30～60min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1～5×10-3Pa；
步骤四
将步骤三所得半成品与钢基体材料，按钨基体材料/压坯/钢基体材料的模式进行堆叠；然后对其进行真空焊接；得到成品；所述真空焊接时，控制温度为850～1000℃、施加在半成品与钢基体材料上的压力为5～20MPa。即半成品中，带有压坯的一端直接和预焊接的钢基体材料接触。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤一中，所述Ni粉、Fe粉的粒度均为1～5μm。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤一中，所述备用粉的晶粒尺寸为20～300nm。
在工业化应用时，将Ni、Fe元素粉末按质量配比为7:3称量，置于行星式高能球磨机中进行机械合金化处理，获得纳米级Ni—Fe预合金混合粉末，即为备用粉末。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤二中，压坯的厚度为2-4mm、优选为3mm。
在工业化应用时，采用压制成型油压机将上述备用粉压制成厚约3mm的圆片压坯；
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤三中，钨基体材料选自纯钨、W-La2O3合金、W-Y2O3合金、W-TiC合金、W-ZrC合金、W-Y合金、W-Mo合金、W-Re合金、W-K合金、W-CNT合金中的一种。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤三中，所述预合金化表面改性的工艺为：热压烧结和高温熔覆工艺。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤四中，钢基体材料选自结构钢、工具钢、不锈钢中的一种。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；步骤四中，所述真空焊接为：首先采用5～20℃/min的升温速率升温至400～600℃，保温10～30min，然后以10～30℃/min的升温速率继续升温至850～1000℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～20MPa的连接压力，随后以3～5℃/min的冷却速率将温度降低到400～600℃，并保温60～180min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为1～5×10-3Pa。
本发明一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；所得成品经历80次冷热循环后，界面无微裂纹产生；所述冷热循环为由室温升温至750℃，然后再降温至室温。
原理和优势
本发明设计了“钨表面梯度合金化”的预合金化结构，并通过工艺调控将该结构应用于钨/钢连接材料中，取得了意想不到的效果。通过本发明所设计的结构以及与其相匹配的工艺可大幅度提升钨/钢连接件的热疲劳性能(可经受高达600℃的冷热循环100次、750℃的冷热循环80次)；其可能原因在于：(1)预合金粉末原料采用ω(Ni)/ω(Fe)＝7/3成分设计，将W原子与Ni、Fe原子发生扩散反应时生成脆性相的概率降到了极低，同时极易形成具有良好的强度和延性的xW-7Ni-3Fe预合金化层；(2)采用真空热压可实现钨基体材料与Ni-Fe合金粉末压坯的扩散连接，结合高温熔覆工艺不仅获得了高致密的预合金化层，而且钨基体中W原子与Ni-Fe合金中Ni、Fe原子之间的相互扩散与渗透得到进一步加强，同时得益于纳米级Ni—Fe预合金混合粉末优异的扩散活性，大大提高了预合金化层与钨基体的冶金结合能力；(3)由于钨基体与Ni-Fe合金层之间原子的充分扩散与渗透，预合金化层中W、Ni、Fe原子浓度沿钨表面处理的轴向方向呈梯度分布(如W原子在预合金化层中浓度沿远离钨基体方向逐渐降低)，从而在钨表面获得了具有成分梯度结构的xW-7Ni-3Fe预合金化层。这种梯度合金化层不仅具有优异的强度和延性，而且与钢具有良好的焊接性，同时得益于成分梯度化，预合金化层的热物理性能也呈梯度分布，有利于减小钨/钢连接时残余应力的产生，大大改善钨/钢连接质量。
本发明提出的基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法，在各参数的协同作用下，解决了现有钨/钢焊接中的硬脆相、热应力等连接质量问题，制得的钨/钢复合结构件界面无缺陷、热疲劳性能好、界面稳定性高；此外，本发明工艺操作简便，接头处金属无明显形变。
附图说明
附图1为本发明实施例1制备的钨/钢复合材料结合界面的扫描电镜照片。
附图2为本发明制备过程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
本实施方式的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法是按如下步骤进行的：
一、纳米级Ni—Fe预合金混合粉末制备：将Ni、Fe元素粉末按质量配比为7:3称量，置于行星式高能球磨机中进行机械合金化处理，获得纳米级Ni—Fe预合金混合粉末；
二、压制成型：将球磨得到的Ni—Fe预合金混合粉末在油压机上进行压制，成型获得厚约3mm的圆片压坯；
三、表面改性：首先将钨基体材料与Ni—Fe预合金混合粉末压坯进行叠层装配，并置于真空热压炉炉中，随后将炉温升至1100℃，保温60min，并在保温过程中加载5MPa的连接压力，再卸载压力，继续升温至1500℃，保温60min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa；
四、扩散连接：将经表面改性的钨基体材料与钢基体材料叠层置于真空焊接炉中，首先采用10℃/min的升温速率升温至400℃，保温30min，然后以20℃/min的升温速率继续升温至1000℃，保温60min，并在保温过程中加载5MPa的连接压力，随后以5℃/min的冷却速率将温度降低到600℃，并保温60min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa，即完成钨与钢的扩散连接。
本实施方式所得钨/钢连接件界面热稳定性好，与传统钨/钢钎焊方法所得钨/钢连接件在经受30次从室温到700℃的冷热循环即产生微裂纹相比，可经受高达750℃的冷热循环80次，且界面处无微裂纹出现；这说明所得成品具有良好的耐高温热疲劳性能。
对比例1
其他条件均与实施例1一致，不同之处在于不进行表面改性；直接采用钨基体材料/压坯/钢基体材料的“三明治”结构进行装配后，按扩散连接工艺进行且在1000℃，保温180min；所得成品经750℃的冷热循环20次后即产生微裂纹。
实施例2
本实施方式的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法是按如下步骤进行的：
一、纳米级Ni—Fe预合金混合粉末制备：将Ni、Fe元素粉末按质量配比为7:3称量，置于行星式高能球磨机中进行机械合金化处理，获得纳米级Ni—Fe预合金混合粉末；
二、压制成型：将球磨得到的Ni—Fe预合金混合粉末在油压机上进行压制，成型获得厚约3mm的圆片压坯；
三、表面改性：首先将钨基体材料与Ni—Fe预合金混合粉末压坯进行叠层装配，并置于真空热压炉炉中，随后将炉温升至1000℃，保温60min，并在保温过程中加载10MPa的连接压力，再卸载压力，继续升温至1550℃，保温30min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa；
四、扩散连接：将经表面改性的钨基体材料与钢基体材料叠层置于真空焊接炉中，首先采用5℃/min的升温速率升温至400℃，保温10min，然后以10℃/min的升温速率继续升温至950℃，保温60min，并在保温过程中加载15MPa的连接压力，随后以3℃/min的冷却速率将温度降低到600℃，并保温120min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa，即完成钨与钢的扩散连接。
本实施方式所得钨/钢连接件界面热稳定性好，可经受高达650℃的冷热循环100次，且界面处无微裂纹出现；这说明所得成品具有良好的耐高温热疲劳性能。
实施例3
本实施方式的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法是按如下步骤进行的：
一、纳米级Ni—Fe预合金混合粉末制备：将Ni、Fe元素粉末按质量配比为7:3称量，置于行星式高能球磨机中进行机械合金化处理，获得纳米级Ni—Fe预合金混合粉末；
二、压制成型：将球磨得到的Ni—Fe预合金混合粉末在油压机上进行压制，成型获得厚约3mm的圆片压坯；
三、表面改性：首先将钨基体材料与Ni—Fe预合金混合粉末压坯进行叠层装配，并置于真空热压炉炉中，随后将炉温升至1200℃，保温30min，并在保温过程中加载5MPa的连接压力，再卸载压力，继续升温至1480℃，保温90min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa；
四、扩散连接：将经表面改性的钨基体材料与钢基体材料叠层置于真空焊接炉中，首先采用15℃/min的升温速率升温至600℃，保温30min，然后以30℃/min的升温速率继续升温至850℃，保温60min，并在保温过程中加载20MPa的连接压力，随后以5℃/min的冷却速率将温度降低到400℃，并保温60min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为1×10-3Pa，即完成钨与钢的扩散连接。
本实施方式所得钨/钢连接件界面热稳定性好，可经受高达700℃的冷热循环90次，且界面处无微裂纹出现；这说明所得成品具有良好的耐高温热疲劳性能。
Claims (8)
1.一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于，包括以下步骤：
步骤一
按质量比，Ni：Fe＝7:3配取Ni粉、Fe粉，将配取的Ni粉、Fe粉机械混合均匀，得到备用粉；
步骤二
将备用粉压制成型，得到压坯；
步骤三
将步骤二所得压坯与表面清洁的钨基体材料进行叠层后，置于真空热压炉中进行预合金化表面改性，得到半成品；
所述预合金化表面改性为：
首先将炉温升至1000～1200℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～10MPa的连接压力，随后卸载压力，继续升温至1480～1550℃，保温30～60min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1～5×10-3Pa；
步骤四
将步骤三所得半成品与钢基体材料，按钨基体材料/压坯/钢基体材料的模式进行堆叠；然后对其进行真空焊接；得到成品；所述真空焊接时，控制温度为850～1000℃、施加在半成品与钢基体材料上的压力为5～20MPa。
2.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤一中，所述Ni粉、Fe粉的粒度均为1～5μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤一中，所述备用粉的晶粒尺寸为20～300nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤二中，压坯的厚度为2-4mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤三中，钨基体材料选自纯钨、W-La2O3合金、W-Y2O3合金、W-TiC合金、W-ZrC合金、W-Y合金、W-Mo合金、W-Re合金、W-K合金、W-CNT合金中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤四中，钢基体材料选自结构钢、工具钢、不锈钢中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤四中，所述真空焊接为：首先采用5～20℃/min的升温速率升温至400～600℃，保温10～30min，然后以10～30℃/min的升温速率继续升温至850～1000℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～20MPa的连接压力，随后以3～5℃/min的冷却速率将温度降低到400～600℃，并保温60～180min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为1～5×10-3Pa。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：成品经历80次冷热循环后，界面无微裂纹产生；所述冷热循环为由室温升温至750℃，然后再降温至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710487332.0A CN107225249A (zh) | 2017-06-23 | 2017-06-23 | 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710487332.0A CN107225249A (zh) | 2017-06-23 | 2017-06-23 | 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107225249A true CN107225249A (zh) | 2017-10-03 |
Family
ID=59935170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710487332.0A Pending CN107225249A (zh) | 2017-06-23 | 2017-06-23 | 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107225249A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107717156A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-02-23 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种超高强度钢与钨合金内孔钎焊方法 |
| CN108149103A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种钾碳化锆共掺杂钨合金及其制备方法 |
| CN109273672A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-25 | 浙江大学 | 原位SEI膜包覆Na-K液态合金电极及其制备方法和应用 |
| CN109454321A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-12 | 中南大学 | 一种钨/钢圆筒结构件的热等静压扩散连接方法 |
| CN110538992A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-06 | 深圳市鑫迪科技有限公司 | 一种钨合金与316l不锈钢的扩散焊接工艺 |
| CN110732767A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-01-31 | 宜兴市鼎锋模具制造有限公司 | 一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具及其生产方法 |
| CN110756980A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-07 | 西北工业大学 | 分段式扩散焊接方法、其应用和航空发动机空心叶片 |
| WO2022091766A1 (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社アライドマテリアル | 複合材料 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10280101A (ja) * | 1997-04-04 | 1998-10-20 | Nippon Steel Corp | 耐熱耐摩耗部材及びその製造方法 |
| CN102950350A (zh) * | 2012-10-05 | 2013-03-06 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 多温度梯级焊接电子微组件的工艺方法 |
| CN103386460A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-11-13 | 河南科技大学 | 一种梯度复合耐磨圆锥衬板的制备工艺 |
| CN104525913A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-04-22 | 西安理工大学 | 护轨及其制备方法 |
| CN105216394A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-06 | 中南大学 | 一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料及其制备方法 |
| CN105346161A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-24 | 中南大学 | 一种钨/过渡层/钢复合材料及其低温低压活性扩散连接的制备方法 |
| CN106041350A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-10-26 | 武汉工程大学 | 钨/铜或钨/钢接头及其制备方法 |
| CN106825583A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 中南大学 | 一种钨与低活化不锈钢纳米梯度复合连接方法 |
-
2017
- 2017-06-23 CN CN201710487332.0A patent/CN107225249A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10280101A (ja) * | 1997-04-04 | 1998-10-20 | Nippon Steel Corp | 耐熱耐摩耗部材及びその製造方法 |
| CN102950350A (zh) * | 2012-10-05 | 2013-03-06 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 多温度梯级焊接电子微组件的工艺方法 |
| CN103386460A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-11-13 | 河南科技大学 | 一种梯度复合耐磨圆锥衬板的制备工艺 |
| CN104525913A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-04-22 | 西安理工大学 | 护轨及其制备方法 |
| CN105216394A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-06 | 中南大学 | 一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料及其制备方法 |
| CN105346161A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-24 | 中南大学 | 一种钨/过渡层/钢复合材料及其低温低压活性扩散连接的制备方法 |
| CN106041350A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-10-26 | 武汉工程大学 | 钨/铜或钨/钢接头及其制备方法 |
| CN106825583A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-06-13 | 中南大学 | 一种钨与低活化不锈钢纳米梯度复合连接方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杨宗辉等: "浸渗法合金化纯钨表面研究", 《材料工程》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107717156A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-02-23 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种超高强度钢与钨合金内孔钎焊方法 |
| CN107717156B (zh) * | 2017-10-09 | 2019-11-19 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种超高强度钢与钨合金内孔钎焊方法 |
| CN108149103A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种钾碳化锆共掺杂钨合金及其制备方法 |
| CN108149103B (zh) * | 2017-12-29 | 2019-11-05 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种钾碳化锆共掺杂钨合金及其制备方法 |
| CN109273672A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-25 | 浙江大学 | 原位SEI膜包覆Na-K液态合金电极及其制备方法和应用 |
| CN109454321A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-12 | 中南大学 | 一种钨/钢圆筒结构件的热等静压扩散连接方法 |
| CN110538992A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-06 | 深圳市鑫迪科技有限公司 | 一种钨合金与316l不锈钢的扩散焊接工艺 |
| CN110756980A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-07 | 西北工业大学 | 分段式扩散焊接方法、其应用和航空发动机空心叶片 |
| CN110732767A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-01-31 | 宜兴市鼎锋模具制造有限公司 | 一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具及其生产方法 |
| WO2022091766A1 (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社アライドマテリアル | 複合材料 |
| JP2022069712A (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-12 | 株式会社アライドマテリアル | 複合材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107225249A (zh) | 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法 | |
| CN105346161B (zh) | 一种钨/过渡层/钢复合材料及其低温低压活性扩散连接的制备方法 | |
| CN105216394B (zh) | 一种基于高温应用的钨/钢复合材料及其制备方法 | |
| CN101254572B (zh) | 一种利用铌中间层扩散焊接钛合金与铜合金的方法 | |
| CN102000895B (zh) | 一种钨/低活化钢的真空电子束钎焊连接方法 | |
| CN105397264B (zh) | 一种钼与石墨真空热压扩散焊接方法 | |
| CN108161346A (zh) | 一种Ti2AlNb/TA15双金属钛合金复合空心结构的制备方法 | |
| CN106825896A (zh) | 一种硬质合金与钢的复合中间层液相扩散焊接方法 | |
| JP2007075895A (ja) | 爆発溶接で形成される中間片を備えた材料複合体 | |
| CN106825583A (zh) | 一种钨与低活化不锈钢纳米梯度复合连接方法 | |
| CN104308360A (zh) | 一种石墨与低碳钢、不锈钢的扩散连接方法 | |
| CN105798449A (zh) | 一种采用复合金属箔扩散连接高铌TiAl合金的方法 | |
| CN109454321B (zh) | 一种钨/钢圆筒结构件的热等静压扩散连接方法 | |
| CN109047963A (zh) | 一种Cf/C复合材料与镍基高温合金的复合钎焊连接方法 | |
| CN107486619A (zh) | 一种TZM与WRe异种难熔合金的SPS扩散焊接方法 | |
| CN101298108A (zh) | 用于钛合金与钢真空钎焊的工艺方法 | |
| CN111347147B (zh) | 一种钨与热沉材料的热等静压连接方法 | |
| CN108098257A (zh) | 一种热核聚变堆增强热负荷第一壁手指部件的加工方法 | |
| CN111347146A (zh) | 一种钨与热沉材料连接头及其制备方法 | |
| Suzuki et al. | Development of the plasma facing components in Japan for ITER | |
| CN110238504A (zh) | 一种钛-钢合金高强度扩散连接方法 | |
| CN110216364A (zh) | 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法 | |
| CN102794612A (zh) | 一种W/Cu复合构件的制备方法 | |
| CN102581467B (zh) | 一种钛铝基合金和钛合金的异种金属等强度接头连接方法 | |
| CN107150475B (zh) | 无机复合材料与镍基高温合金材料间碳纳米管增韧连接层及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171003 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |