CN108907492B - 一种钼/钢接头及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钼/钢接头及其制备方法。所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构，包括：分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层。其制备方法包括下述步骤：1、称取适量的Ni76CrP焊粉，加入丙三醇调和，得Ni76CrP膏状焊料；2、在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间，合拢钢块和钼块，最后施加10kPa的载荷，将整体钎焊，所述钎焊的条件为真空下，升温至1000‑1100℃并保温10min，得到钼/钢接头。本发明制备方法简单，易于操作，原料成本低廉；制得的连接钼/钢接头，其连接层均匀致密，接头界面结合良好，无裂纹及孔隙等缺陷，接头连接强度较高。

Description

一种钼/钢接头及其制备方法
技术领域
本发明属于异种材料的连接技术领域，涉及钼/钢的连接，具体地涉及一种钼/钢接头及其制备方法。
背景技术
难熔金属钼由于具有高温性能好、熔点高、热膨胀系数小、导热及导电性能优异、抗磨损性能和抗腐蚀性能强、抗热震性能以及机械性能好的特点，使其在冶金、化学及金属加工、航空领域和核工业、电子工业以及军事工业等领域获得广泛的应用。在实际工程应用，为了满足各种耐热、耐蚀等特殊环境的要求，单一的材料往往很难达到，需要将不同的材料连接在一起使用。而不锈钢是一种结构耐蚀材料，也是一种热沉材料，生产实际中需要将二者连接在一起，比如某些需要冷却的装置以及一些传感器装置等。
连接钼/钢常用的方法主要有弧焊、TIG焊接等，弧焊主要存在的焊接缺陷为气孔和热裂纹等，TIG焊接方法大量热量输出导致焊件热影响区较大，使焊接效率比较低，且仍存在许多气孔的缺陷。采用钎焊连接的钼/钢接头的连接层均匀致密，无明显裂纹及孔隙等缺陷。使用的焊料主要有Ni基焊料等。由于钼、钢之间的热膨胀系数差异较大，会导致连接后在接头中存在较大残余热应力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种钼/钢接头及其制备方法，该接头具有较高的连接强度，连接面无裂纹或空隙。所述接头的制备方法简单，原料成本低，适于工业化生产，且该制备方法可很好地缓解接头的残余热应力。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种钼/钢接头，其特征在于，所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构，包括：分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层。
按上述方案，优选地，所述金属箔为W箔(钨箔)或Ni箔(镍箔)。
按上述方案，优选地，所述金属箔的厚度为50μm。
按上述方案，优选地，按重量百分比，所述Ni76CrP焊料的化学组成如下：
Cr 13-15％，P 9.7-10.5％，B 0.02％，Si 0.1％，Fe 0.2％，C 0.06％，Ni余量。
本发明还提供了上述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1、称取适量的Ni76CrP焊粉，加入丙三醇调和，得Ni76CrP膏状焊料；
2、在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间，合拢钢块和钼块，将整体钎焊，得到钼/钢接头。
按上述方案，优选地，所述的钼块的待连接端面、钢块的待连接端面以及金属箔的两面均经过打磨(目的是去除表面的氧化物)和超声清洗处理。更优选地，所述超声清洗的洗涤剂为酒精，所述超声清洗的时间为30min。
按上述方案，优选地，步骤2中所述钎焊所用的设备为钼丝真空炉。
按上述方案，优选地，步骤2中所述钎焊的条件为真空下，施加10kPa的载荷，升温至1000-1100℃并保温10min。
本发明的基本原理如下：
在Ni76CrP焊料的基础上添加金属箔，添加的金属箔层可为硬金属中间层或软金属中间层，其中硬金属中间层如W箔的热膨胀系数与钼接近，可在连接过程中将接头处的残余热应力转移到中间层；而软金属中间层如Ni箔可通过自身的塑性变形来吸收接头的残余热应力，这两者均可缓解接头的残余热应力，从而提高接头性能。
本发明的主要优点是：
(1)本发明制备方法简单，易于操作，原料成本低廉；
(2)本发明中，将钼/钢接头的连接层设计为具有“三明治”式的三层结构，即在两层Ni76CrP焊料的基础上添加金属箔层，可很好地缓解接头的残余热应力，从而提高接头性能。
(3)本发明中制得的连接钼/钢接头，其连接层均匀致密，接头界面结合良好，无裂纹及孔隙等缺陷等。
(4)本发明中制得的钼/钢接头，其接头连接强度较高，可达95MPa以上。
附图说明
图1是本发明提供的连接层具有“三明治”结构的钼/钢接头的结构示意图。
图2是实施例1所得添加W箔的钼/钢接头界面区域的微观形貌图。
图3是实施例2所得添加Ni箔的钼/钢接头界面区域的微观形貌图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，实施例仅用于说明本发明可行，不用于限制本发明保护的权利范围。如无特别说明，下述实施例中提及的所有原料均可市售获得。
下述各实施例中所用Ni76CrP粉为由南宫市锐利合金焊接材料有限公司提供的BNi-7钎焊粉末，其各组分的含量按重量百分比为：Cr 13-15％，P 9.7-10.5％，B 0.02％，Si 0.1％，Fe 0.2％，C 0.06％，余量为Ni。
实施例1
制备连接层具有“三明治”结构、添加W箔的钼/钢接头，具体步骤如下：
1、称取0.2g的Ni76CrP粉，加入丙三醇溶剂调和成粘稠膏状，得Ni76CrP膏状焊料。
2、将厚度为50μm的W箔先用砂纸打磨，去除W箔两面的表面的氧化物，然后放入酒精中超声清洗30min。
3、将钼块与钢块的待连接端面用金相砂纸逐级打磨，再放进超声波清洗机中清洗30min，然后用吹风机吹干备用。
4、先在钢块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，然后放置W箔，再在钼块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，将其盖在W箔上，最后施加10kPa的载荷，将整体放入钼丝真空炉中，开启加热程序，并在1040℃保温10min，然后随炉冷却至室温，取出样品，得到添加W箔的钼/钢接头。
对本实施例制得的钼/钢接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试，接头剪切强度大于95MPa。
图2为本实施例所得添加W箔的钼/钢接头的连接层界面区域微观形貌图，从图中可以看出，连接层与钼和钢母材界面结合良好，连接层均匀致密，无裂纹和孔隙等缺陷。
实施例2
制备连接层具有“三明治”结构、添加Ni箔的钨/钢接头，具体步骤如下：
1、称取0.2g的Ni76CrP粉，加入丙三醇溶剂调和成粘稠膏状，得Ni76CrP膏状焊料。
2、将厚度为50μm的Ni箔先用砂纸打磨，去除Ni箔两面的表面的氧化物，然后放入酒精中超声清洗30min。
3、将钼块与钢块的待连接端面用金相砂纸逐级打磨，再放进超声波清洗机中清洗30min，然后用吹风机吹干备用。
4、先在钢块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，然后放置Ni箔，再在钼块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料，将其盖在Ni箔上，最后施加10kPa的载荷，将整体放入钼丝真空炉中，开启加热程序，并在1040℃保温10min，然后随炉冷却至室温，取出样品，得到添加Ni箔的钼/钢接头。
对本实施例制得的钼/钢接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试，接头剪切强度大于95MPa。
图3为本实施例所得添加Ni箔的钼/钢接头的连接层界面区域的微观形貌图，从图中可以看出钼与钢之间连接良好，接头界面处平整，没有明显的孔隙和裂纹。

Claims (6)

1.一种钼/钢接头，其特征在于，所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构，包括：分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层，所述金属箔为W箔或Ni箔，所述金属箔的厚度为50 µm，按重量百分比，所述Ni76CrP焊料的化学组成如下：
Cr 13-15%，P 9.7-10.5%，B 0.02%，Si 0.1%，Fe 0.2%，C 0.06%，Ni 余量。
2.权利要求1所述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）称取适量的Ni76CrP焊粉，加入丙三醇调和，得Ni76CrP膏状焊料；
2）在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1）得到的Ni76CrP膏状焊料，然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间，合拢钢块和钼块，将整体钎焊，得到钼/钢接头。
3.根据权利要求2所述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，所述钼块的待连接端面、钢块的待连接端面以及金属箔的两面均经过打磨和超声清洗处理。
4.根据权利要求3所述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，所述超声清洗的洗涤剂为酒精，所述超声清洗的时间为30 min。
5.根据权利要求2所述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述钎焊所用的设备为钼丝真空炉。
6.根据权利要求2所述钼/钢接头的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述钎焊的条件为真空下，施加10 kPa的载荷，升温至1000-1100 ℃并保温10 min。
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