CN109848658B - 一种大面积钛铜薄板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大面积钛铜薄板的制作方法，所述制作方法包括首先对钛薄板和铜薄板进行切割并进行表面处理；然后将钛薄板、Ag钎料和铜薄板自下而上依次定位并装配在筒状拉压工装的装配空间内，在钎焊炉内真空度为0.001‑0.01Pa、温度为500℃‑900℃的条件下进行真空钎焊的复合，复合40‑60min后，拆除筒状拉压工装，即得厚度≤4mm的钛铜复合薄板。本发明所述大面积钛铜薄板的制作方法能够现大面积钛铜薄板的复合。
Description
技术领域
本发明属于工业防腐蚀领域，具体涉及一种大面积钛铜薄板的制作方法。
背景技术
铜是良好的导电、散热材料，但在化工、海洋等有环境腐蚀的工况条件下，需要进行防腐保护；钛具有良好的耐蚀性能，将钛、铜复合在一起，既可满足导电导热需求，又可以防止环境腐蚀。对于钛铜薄板材的复合，一般采用双金属熔铸、爆炸复合+轧制、扩散连接等几种工艺进行加工。对于大面积(L×W≥1000mm×1000mm)的薄壁钛铜薄板(≤4mm)，双金属熔铸由于钛、铜熔化温度差异大无法成形；爆炸复合+轧制工艺由于钛、铜两种金属材料的延展性不同，在加工过程中钛铜薄板容易产生裂纹，而且钛与铜的厚度不能准确控制，尤其对于尺寸较大的复合板，还存在壁厚不均匀等难题；扩散连接则由于面积大，无法施加压力加工。采用大面积钎焊的工艺，工装结构简单、经济快捷，是理想的技术方案，但也存在溶蚀率高、高温大面积变形控制难等技术难点，此前未见有成功的案例报道。
发明内容
为了解决上述钛铜薄板的复合技术难题，本发明提供了一种大面积钛铜薄板的制作方法，通过在钎焊炉内的温度限制和筒状拉压工装的固定，能够对钛铜薄板的材料溶蚀和高温变形进行有效的控制，能够实现大面积钛铜薄板的复合，以满足相关工业领域的工况应用。
本发明采用的技术方案为：
一种大面积钛铜薄板的制作方法，包括钛薄板和铜薄板，所述制作方法包括如下步骤：
(1)对钛薄板和铜薄板进行切割并进行表面处理；
(2)将钛薄板、Ag钎料和铜薄板自下而上依次定位并装配在筒状拉压工装的筒体外表面上；其中Ag钎料和铜薄板依次覆盖在钛薄板的表面，Ag钎料通过储能电焊机点焊固定并铺满钛薄板的表面形成Ag钎料层；筒状拉压工装外侧的拉压件在给钛薄板、Ag钎料层和铜薄板施加压力的同时，对其两端沿周向施加拉力；
(3)将步骤(2)装配有钛薄板和铜薄板的筒状拉压工装在钎焊炉内，在真空度为0.001-0.01Pa、温度为500℃-900℃的条件下真空钎焊40-60min，然后拆除筒状拉压工装，即得厚度≤4mm的钛铜复合薄板。
进一步地，所述筒状拉压工装包括套筒状拉压工装，所述钛薄板、Ag钎料和铜薄板自下而上沿周向依次定位并装配在套筒状拉压工装的筒体外表面上；套筒状拉压工装沿其轴向并排固设有多组拉压件。
进一步地，所述筒状拉压工装包括筒体，所述筒体的外部套设有套筒结构，所述套筒结构与筒体之间留有供待钛铜薄板装配的装配空间；所述套筒结构包括设有开口的压套，压套在开口处沿其轴向并排固设有多组拉压件；所述钛铜薄板位于压套与筒体之间所，其两端与压套的开口对齐：一端固定在筒体的外表面，另一端沿着筒体的周向平铺在筒体的外表面。
进一步地，所述每组拉压件包括分别固设在压套开口处两侧的连接柱，夹紧套通过连接柱安装腔套设在连接柱上，夹紧套上还开设有与连接柱安装腔相垂直的拉紧栓安装腔；压紧件套设在连接柱伸出夹紧套的端部；拉紧栓伸入拉紧栓安装腔并抵在连接柱上。
进一步地，所述压紧件与夹紧套之间还穿设有垫块；所述夹紧套的底部紧贴在压套的外表面。
进一步地，所述步骤(1)中采用激光切割的方法对钛薄板和铜薄板进行切割，切割后钛薄板、铜薄板的长度和宽度均不小于1000mm。
进一步地，所述步骤(1)中表面处理的方法包括首先抛修去除钛薄板和铜薄板上的毛刺烧蚀层，然后依次用酒精和汽油进行清洗。
进一步地，所述步骤(2)中所述钛薄板装配在筒状拉压工装的装配空间内的操作为：
将钛薄板的一端固定在筒体的外表面，所述钛薄板的另一端沿着筒体的周向平铺在筒体的外表面，所述钛薄板与筒体的外表面紧密贴合；在Ag钎料定位装配之前采用固定带将钛薄板固定在筒体上。
进一步地，所述铜薄板定位并装配在筒状拉压工装的装配空间内的操作为：
首先将铜薄板一端与钛薄板和Ag钎料层的一端对齐并固定在Ag钎料层上；然后将铜薄板的另一端沿着筒体的周向平铺在Ag钎料层的外表面，所述铜薄板与Ag钎料层的外表面紧密贴合；接着在套装压套和夹紧套之前用压条对铜薄板的另一端进行固定；然后将压套套装在筒体的外部，将夹紧套和垫块自下而上穿设在压套和压紧件之间；最后通过压紧件和拉紧栓将铜薄板和钛薄板紧密贴合；所述钛铜薄板的两端与压套的开口处对齐。
进一步地，所述Ag钎料采用箔状带材，所述Ag钎料的厚度为0.05-0.1mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明首先通过筒状拉压工装，能够将大面积的层状薄壁板状结构依次定位并装配在筒状拉压工装的装配腔空间内，将压套套设筒体的外部与大面积的薄壁板状结构贴合，保证了钛薄板、钎料Ag和铜薄板装配的严格性和准确性；其次，通过调节多组拉压件能够使大面积的层状薄壁板状结构紧密贴合，通过拉压件对钛铜薄板的压力和拉力，保证了钛铜薄板的表面平整度；最后筒状拉压工装和装配好的薄壁钛铜薄板钎焊炉内真空度为0.001-0.01Pa、温度为500℃-900℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为40-60min，能够实现大面积(L×W≥1000mm×1000mm)的薄壁钛铜薄板(≤4mm)的复合，能够有效控制钛铜薄板材料溶蚀、高温变形及表面平整度的问题，采用本发明的筒状拉压工装和制作方法制备的钛铜薄板结合率能达到98％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的筒状拉压工装与钛铜薄板的装配示意图；
图2为图1中A部的局部放大图；
图3为本发明实施例提供的筒状拉压工装的立体图。
图中：1-筒体、2-钛薄板、3-钎料、4-铜薄板、5-压套、6-夹紧套、7-垫块、8-连接柱、9-压紧件、10-拉紧栓。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明首先通过将钛薄板、钎料Ag和铜薄板自下而上依次定位并装配在筒状拉压工装的装配空间保证了钛薄板、钎料Ag和铜薄板装配的严格性和准确性；其次在筒状拉压工装内通过多组拉压件的设置，通过拉压件对钛铜薄板的压力和拉力，保证了钛铜薄板的表面平整度；接着在钎焊炉内真空度为0.001-0.01Pa、温度为500℃-900℃的条件下进行真空钎焊40-60min，然后拆除筒状拉压工装，即得厚度≤4mm的钛铜复合薄板；本发明通过在钎焊炉内的温度限制和筒状拉压工装的固定，能够对钛铜薄板的材料溶蚀和高温变形进行有效的控制，钛铜薄板的结合率综合反应了材料溶蚀、高温变形及表面平整度，结合率越高则这几方面质量越好，反之则越差，采用本发明所述筒状拉压工装和制作方法复合出的钛铜薄板的结合率为98％。
需要说明的是，材料的“溶蚀”分两方面：化学腐蚀与高温熔蚀，本发明所对应的产品主要是高温熔蚀，即过高的温度导致材料分子发生变化出现熔蚀。本发明通过钎焊炉内温度的限制：即通过真空炉仪表对钎焊炉内的温度进行限制。高温变形主要发生原因是材料自身热膨胀和受热后力的作用。而本发明所对应的钛铜薄板主要是受热后力的作用，即通过筒状拉压工装将力分散到接口处，使其余部分不存在力的作用，从而达到控制高温变形的作用。因此，本发明通过在钎焊炉内的温度限制和筒状拉压工装的限定，能够对钛铜薄板的材料溶蚀和高温变形进行有效的控制。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种筒状拉压工装，参考图1至图3，所述筒状拉压工装包括套筒状拉压工装，所述钛薄板、Ag钎料和铜薄板自下而上沿周向依次定位并装配在套筒状拉压工装的筒体外表面上；套筒状拉压工装外部设有拉压件的套筒结构由外到内给钛薄板、Ag钎料和铜薄板施加压力的同时，对各层薄板的两端沿周向施加拉合力。
进一步地，参考图1至图3，所述筒状拉压工装包括筒体1，本实施例所述筒体1采用不易发生变形的材料制备的厚度不小于20mm的筒状结构，所述筒体优选不锈钢材料制备；所述筒体1的外部套设有套筒结构，所述套筒结构与筒体1之间留有供待钛铜薄板装配的装配空间；所述套筒结构包括设有开口的压套5，压套5在开口处沿其的轴向并排固设有多组拉压件；所述待钛铜薄板位于压套5与筒体1之间，其两端与压套5的开口对齐：所述待钛铜薄板的一端固定在筒体1的外表面，另一端沿着筒体1的周向平铺在筒体1的外表面；通过调节多组拉压件能够将大面积的层状薄壁板状结构紧密贴合。
需要说明的是，本实施例所述抗压工装用于对大面积的层状薄壁板状结构，通过本实施例的抗压工装能够将大面积的层状薄壁板状结构贴实且无褶皱，具有较高的结合率，如尺寸较大的复合板，如大面积钛铜薄板。
进一步地，参考图2，所述每组拉压件包括分别固设在压套5开口处两侧的连接柱8，所述固定方式包括但不仅限于焊接，本实施例所述连接柱8优选焊接的方式固定在压套5开口处两侧；夹紧套6通过夹紧套6内开设的连接柱安装腔套设在连接柱8上，所述每个连接柱8均装配在连接柱安装腔的两侧；夹紧套6上还开设有与连接柱安装腔相垂直的拉紧栓安装腔；压紧件9套设在连接柱8伸出夹紧套6的端部；所述压紧件9与连接柱8螺纹连接；拉紧栓10伸入拉紧栓安装腔并抵在连接柱8上。所述拉紧栓10与夹紧套6螺纹连接。
进一步地，所述压紧件9与夹紧套6之间还穿设有垫块7，用于在拧紧压紧件时通过垫块7将夹紧套6压紧在压套5的外表面。
进一步地，所述夹紧套6的底部紧贴在压套5的外表面。
需要说明的是，使用时，首先将待钛铜薄板一端固定在筒体1上，另一端沿着筒体1的圆周方向平铺贴实在筒体1的外表面上装配在筒状拉压工装的筒体外表面上；然后套设压套5，所述待钛铜薄板的两端与压套5的开口对齐；接着将夹紧套6和垫块7自下而上穿设在压套5和压紧件9之间；由于压紧件9套设在连接柱8的上且与连接柱8螺纹连接，最后通过拧紧压紧件9使得夹紧套与压套的表面贴实，接着一边紧固拉紧栓10一边用橡皮榔头敲击压套5的表面，在紧固件10的作用下，压套5的开口逐渐拉近，使得开口的距离逐渐缩小，进而将钛铜薄板的两端(对接缝)逐渐拉近，使得大面积的层状薄壁板状结构的顶层和底层紧密贴实且无褶皱，在实际使用中，通过橡皮榔头敲击压套时发出的声音判断是否继续紧固拉紧栓，例如敲击声为沉闷声，说明钛铜薄板与筒体的外表面贴实，则无需继续紧固拉紧栓。
需要说明的是，本实施例所述连接柱8优选螺柱，所述压紧件9优选拧紧螺母，所述拉紧栓10优选螺钉，所述夹紧套6优选回型夹，所述回型夹为现有技术在本实施例中不在对其结构做进一步赘述。
实施例2
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
(1)对钛薄板1和铜薄板3进行切割并进行表面处理；所述钛铜薄板的厚度为≤4mm；
(2)将钛薄板1、Ag钎料2和铜薄板3自下而上依次定位并装配在筒状拉压工装的筒体外表面上，所述Ag钎料2和铜薄板3依次覆盖在钛薄板1的表面；其中，Ag钎料通过储能电焊机点焊固定并覆盖在钛薄板的表面形成Ag钎料层；
(3)将步骤(2)装配有钛薄板和铜薄板的筒状拉压工装在钎焊炉内，在真空度为0.001-0.01Pa、温度为500℃-900℃的条件下进行真空钎焊40-60min，然后拆除筒状拉压工装，即得厚度≤4mm的钛铜复合薄板。
需要说明的是，本实施例所述复合时间在实际应用中根据使用的不同的真空炉、工装材料本身及厚度的影响，复合时间可以适当进行调整，调整范围在±10mim。
进一步地，所述步骤(1)中采用激光切割的方法对钛薄板1和铜薄板3进行切割，切割后钛薄板1、铜薄板3的长度和宽度均不小于1000mm。
进一步地，由于钛薄板1和铜薄板3激光加工后边缘有毛刺、烧蚀层，表面有飞溅，对后续钎焊有直接影响，需要钎焊前进行表面处理，所述步骤(1)中表面处理的方法包括首先采用钳工抛修去除钛薄板和铜薄板上的毛刺烧蚀层，然后用酒精清洗，最后用汽油除油保证表面光洁平滑，以利于后序装配同时满足零件焊接质量要求。
进一步地，所述步骤(2)中所述钛薄板定位并装配在筒状拉压工装的装配空间内的方法包括以下步骤：
将钛薄板1的一端通过储能电焊机点焊固定在筒体1的外表面，所述钛薄板的另一端沿着筒体1的圆周方向平铺在筒体1的外表面，所述钛薄板与筒体1的外表面紧密贴合，所述钛薄板1的对接缝之间留有距离，所述距离与压套5的开口长度相同；在Ag钎料定位装配之前采用固定带(如束带)将钛薄板固定在筒体1上。
需要说明的是，本实施例在Ag钎料定位装配时，先固定上部分钎料，去掉上部分束带，然后再固定下部分钎料，去掉下部分束带。
进一步地，所述Ag钎料采用箔状带材，所述Ag钎料的厚度为0.05-0.1mm，所述Ag钎料通过储能电焊机点焊固定并覆盖在钛薄板的表面形成Ag钎料层，所述Ag钎料层包括连接为一体的多条箔状带材的Ag钎料，每条箔状带材的Ag钎料通过储能电焊机点焊固定并覆盖在钛薄板的表面，所述Ag钎料层具有和钛薄板1和铜薄板3相同的长度和宽度。
进一步地，所述步骤(2)中所述铜薄板定位并装配在筒状拉压工装的装配空间内的方法包括以下步骤：
首先将铜薄板一端与钛薄板和Ag钎料层的一端对齐并固定在Ag钎料层上；然后将铜薄板的另一端沿着筒体1的周向平铺在Ag钎料层的外表面，所述铜薄板与Ag钎料层的外表面紧密贴合；接着在套装压套5和夹紧套6之前用压条对铜薄板的另一端进行固定；然后将压套5套装在筒体1的外部，将夹紧套6和垫块7自下而上穿设在压套5和压紧件9之间；最后通过压紧件9和拉紧栓10将铜薄板和钛薄板紧密贴合；所述钛铜薄板的两端与压套5的开口处对齐。由于压紧件9套设在连接柱8的上且与连接柱8螺纹连接，最后通过拧紧压紧件9和垫块7使得夹紧套与压套的表面贴实，接着一边紧固拉紧栓10一边用橡皮榔头敲击压套5的表面，在紧固件10的作用下，压套5的开口逐渐拉近，开口的距离逐渐缩小，进而将钛铜薄板的两端(对接缝)逐渐拉近，使得大面积的层状薄壁板状结构的顶层和底层紧密贴实且无褶皱，需要说明的是，在紧固拉紧栓10的同时对松动的压紧件9再次拧紧；装配结束后，在真空炉内进行钛铜薄板的大面积复合。
本实施例复合出的钛铜薄板的结合率为98％。
实施例3
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.003Pa、温度为500℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为60min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为95％。
实施例4
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.003Pa、温度为500℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为50min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为94％。
实施例5
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.003Pa、温度为700℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为50min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为96％。
实施例6
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.003Pa、温度为820℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为55min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为97％。
实施例7
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.01Pa、温度为520℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为58min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为95％。
实施例8
参考图2，一种大面积钛铜薄板的制作方法，除钎焊炉内的反应参数不同之外，其余均与实施例2相同，本实施例钎焊炉内真空度为0.01Pa、温度为850℃的条件下进行钛铜薄板的大面积复合，复合时间为45min。本实施例制备的大面积钛铜薄板的结合率为96％。
需要说明的是，本实施例所述Ag钎料的厚度为0.05mm-0.1mm，Ag钎料的厚度取决于对钛铜薄板成品的总厚度要求，根据钛铜薄板总厚度的要求，Ag钎料的厚度能够在0.05mm-0.1mm内选取合适的厚度值。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对钛薄板和铜薄板进行切割并进行表面处理；
（2）将钛薄板、Ag钎料和铜薄板自下而上依次定位并装配在筒状拉压工装的筒体外表面上； 其中Ag钎料和铜薄板依次覆盖在钛薄板的表面，Ag钎料通过储能电焊机点焊固定并铺满钛薄板的表面形成Ag钎料层；筒状拉压工装外侧的拉压件在给钛薄板、Ag钎料层和铜薄板施加压力的同时，对其两端沿周向施加拉力；
（3）将步骤（2）装配有钛薄板和铜薄板的筒状拉压工装在钎焊炉内，在真空度为0.001-0.01Pa、温度为500℃-900℃的条件下真空钎焊40-60min，然后拆除筒状拉压工装，即得厚度≤4mm的钛铜复合薄板；
所述筒状拉压工装包括筒体（1），所述筒体（1）的外部套设有套筒结构，所述套筒结构与筒体（1）之间留有钛铜薄板的装配空间；所述套筒结构包括设有开口的压套（5），压套（5）在开口处沿其轴向并排固设有多组拉压件；所述钛铜薄板位于压套（5）与筒体（1）之间，其两端分别与压套（5）的开口对齐：一端固定在筒体（1）的外表面，另一端沿着筒体（1）的周向平铺在筒体（1）的外表面；
每组拉压件包括分别固设在压套（5）开口处两侧的连接柱（8），夹紧套（6）通过连接柱安装腔套设在连接柱（8）上，夹紧套（6）上还开设有与连接柱安装腔相垂直的拉紧栓安装腔；压紧件（9）套设在连接柱（8）伸出夹紧套（6）的端部；拉紧栓（10）伸入拉紧栓安装腔并抵在连接柱（8）上；
所述压紧件（9）与夹紧套（6）之间还穿设有垫块（7）；所述夹紧套（6）的底部紧贴压套（5）的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用激光切割的方法对钛薄板和铜薄板进行切割，切割后的钛薄板、铜薄板的长度和宽度均不小于1000mm。
3.根据权利要求1所述的一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中表面处理的方法包括首先抛修去除钛薄板和铜薄板上的毛刺烧蚀层，然后依次用酒精和汽油进行清洗。
4.根据权利要求1所述的一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于：所述钛薄板装配在筒状拉压工装的装配空间内的操作为：
将钛薄板的一端固定在筒体（1）的外表面，另一端沿着筒体（1）的周向平铺在筒体（1）的外表面，所述钛薄板与筒体（1）的外表面紧密贴合；在Ag钎料定位装配之前采用固定带将钛薄板固定在筒体（1）上。
5.根据权利要求1所述的一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于：所述铜薄板装配在筒状拉压工装的装配空间内的操作为：
首先将铜薄板一端与钛薄板和Ag钎料层的一端对齐并固定在Ag钎料层上；然后将铜薄板的另一端沿着筒体（1）的周向平铺在Ag钎料层的外表面，所述铜薄板与Ag钎料层的外表面紧密贴合；接着在套装压套（5）和夹紧套（6）之前用压条对铜薄板的另一端进行固定；然后将压套（5）套装在筒体（1）的外部，将夹紧套（6）和垫块（7）自下而上穿设在压套（5）和压紧件（9）之间；最后通过压紧件（9）和拉紧栓（10）将铜薄板和钛薄板紧密贴合；所述钛铜薄板的两端与压套（5）的开口处对齐。
6.根据权利要求1所述的一种大面积钛铜薄板的制作方法，其特征在于：所述Ag钎料采用箔状带材，所述Ag钎料的厚度为0.05-0.1mm。
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