CN113909666B - 一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法 - Google Patents

一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法，包括以下步骤：中间过渡层设计、微晶/非晶中间过渡层粉末制备、母材表面纳米活化处理、中间层在母材待连接表面涂覆、装配与压力扩散连接。本发明母材经过超声喷丸表面活化处理，可以实现母材表面纳米化，从而大幅提高母材连接过程中的扩散活性；通过电弧熔炼‑超声气雾化法制备微晶/非晶Cu‑Sn‑Ti合金中间层有利于与母材合金化；能够在650‑900℃的较低温度下实现钨合金和不锈钢的扩散连接，避免了高温连接对不锈钢母材性能的损害以及后续的热处理工艺，提高了连接效率，降低了生产的成本。最终连接样的接头抗拉强度可达200MPa以上，且连接界面无孔洞、裂纹等缺陷。

Description

一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法
技术领域
本申请涉及到钨合金和不锈钢连接技术领域，具体而言，涉及一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法。
背景技术
对于钨合金(W-Ni-Cu、W-Ni-Fe)与不锈钢连接，最直接的方法是采用热等静压直接扩散连接或者采用熔焊，但是，因为钨合金与不锈钢二者热物理性能，尤其是热膨胀系数相差很大，在直接连接过程中产生较高的残余热应力，在使用过程中易引发裂纹产生，导致连接件失配开裂。采用添加中间过渡层的钎焊工艺进行钨合金与不锈钢进行连接时，由于钎焊温度过高(一般为1200-1300℃以上)，容易使母材不锈钢产生相变而导致性能退化和改变，从而影响其使用。
发明内容
本申请实施例提供了一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法，以解决钨合金与不锈钢进行连接时母材不锈钢产生相变而导致性能退化和改变的问题。
本申请的技术方案是：一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
中间过渡层设计和制备；
母材表面纳米活化处理；
中间过渡层在母材待连接表面涂覆；
装配与压力扩散连接。
进一步的，所述中间过渡层材料为Cu-Sn-Ti三元素，且根据母材成分进行Cu、Sn、Ti成分配比设计。
进一步的，所述中间过渡层制备方法为采用电弧熔炼-超声气雾化法制备高活性微晶/非晶Cu-Sn-Ti中间过渡层粉末，粉末粒径20-40μm。
进一步的，所述母材表面纳米活化处理是指将母材钨合金和不锈钢的待连接表面进行机械打磨、清洗后，进行超声喷丸处理，使母材表面产生变形纳米化。
进一步的，所述中间过渡层在母材待连接表面涂覆的具体过程为将中间过渡层粉末与无水乙醇混合，并加入有机分散剂配置成悬浊液，然后采用气喷涂法在母材钨合金和不锈钢的待连接面上分别喷涂中间过渡层悬浊液，然后自然风干，每边喷涂的中间层厚度控制在10～200μm。
进一步的，所述装配与压力扩散连接的具体过程为将钨合金和不锈钢涂覆中间层的一面对合后固定装配，置于多功能气氛焊接炉种，进行加压扩散连接，连接完成后随炉冷却至室温。
进一步的，所述根据母材成分进行Cu、Sn、Ti成分配比设计的具体方法为：钨合金母材中钨含量93～98wt％，随着钨含量升高，相应中间层中Cu含量在60～80wt％范围升高变化，剩余Sn：Ti＝1:1。
进一步的，所述超声喷丸处理参数为喷丸材质为铸钢，喷丸粒度20～50目，喷丸速度300～400m/s，喷丸时间1～2h。
进一步的，所述有机分散剂为PEG400、PEG1000和PEG2000中的一种或多种；所述悬浊液浓度为5-20g/100ml。
进一步的，所述扩散连接其工艺为：扩散连接压力为5～30MPa，连接温度为650～900℃，保温时间为1～3h
本发明的上述方案有如下有益效果：
1、本发明提供的钨合金和不锈钢的真空扩散连接方法，母材经过超声喷丸表面活化处理，可以实现母材表面纳米化，从而大幅提高母材连接过程中的扩散活性，降低扩散连接温度；
2、本发明设计软质、有利于与母材合金化扩散的Cu-Sn-Ti合金中间层，且通过电弧熔炼-超声气雾化法制备微晶/非晶Cu-Sn-Ti合金中间层粉末，具有超高活性、扩散能力强的特点，能够在较低的温度下(650-900℃)实现钨合金和不锈钢的扩散连接，避免了高温连接对不锈钢性能的损害以及后续的热处理工艺，提高了连接效率，降低了生产的成本；
3.通过本发明可实现钨合金和不锈钢最终连接接头的抗拉强度可达200MPa以上，且在扫描电镜(SEM)下观察连接界面无孔洞、裂纹等缺陷。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为实施例2连接界面组织图；
图2为实施例2连接界面拉伸断裂曲线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1：98W-1Ni-1Cu(质量分数)与304不锈钢的低温扩散连接
(1)根据母材成分，设计Cu-Sn-Ti合金中间层百分配比为Cu：Sn：Ti＝80:10:10；按此比例，采用电弧熔炼-超声气雾化法制备出高活性微晶/非晶Cu-Sn-Ti中间过渡层合金粉末。
(2)将母材98W-1Ni-1Cu合金和304不锈钢的待连接表面进行机械打磨、清洗后，进行超声喷丸处理。喷丸粒度20目，喷丸速度300m/s，喷丸时间2h。
(3)将制备的中间层粉末与无水乙醇混合，并加入有机分散剂PEG400，配置成浓度为5g/100ml的悬浊液，然后采用气喷涂法在母材钨合金和不锈钢的待连接面上分别喷涂中间层，单边厚度控制在10μm，然后自然风干。
(4)将98W-1Ni-1Cu合金和304不锈钢涂覆中间层的一面对合后固定，置于多功能气氛焊接炉中；对待焊表面施加30MPa的压力，在650℃进行真空扩散连接，保温时间为3h，最终可以获得抗拉强度207MPa、连接界面没有气孔和裂纹的连接件。
实施例2：93W-4.9Ni-2.1Fe(质量分数)与316L不锈钢的低温扩散连接
(1)根据母材成分，设计Cu-Sn-Ti合金中间层百分配比为Cu：Sn：Ti＝60:20:20；按此比例，采用电弧熔炼-超声气雾化法制备出高活性微晶/非晶Cu-Sn-Ti中间过渡层合金粉末。
(2)将母材93W-4.9Ni-2.1Fe(质量分数)与316L钢的待连接表面进行机械打磨、清洗后，进行超声喷丸处理。喷丸粒度50目，喷丸速度400m/s，喷丸时间1h。
(3)将制备的中间层粉末与无水乙醇混合，并加入有机分散剂PEG400+PEG2000，配置成浓度为20g/100ml的悬浊液，然后采用气喷涂法在母材钨合金和不锈钢的待连接面上分别喷涂中间层，单边厚度控制在100μm，然后自然风干。
(4)将93W-4.9Ni-2.1Fe(质量分数)与316L涂覆中间层的一面对合后固定，置于多功能气氛焊接炉中；对待焊表面施加5MPa的压力，在800℃、N2气氛下进行扩散连接，保温时间为1h，最终可以获得抗拉强度227MPa、连接界面没有气孔和裂纹的连接件。
实施例3：95W-2.5Ni-2.5Cu(质量分数)与CLF低活化钢的低温扩散连接
(1)根据母材成分，设计Cu-Sn-Ti合金中间层百分配比为Cu：Sn：Ti＝70:15:15；按此比例，采用电弧熔炼-超声气雾化法制备出高活性微晶/非晶Cu-Sn-Ti中间过渡层合金粉末。
(2)将母材95W-2.5Ni-2.5Cu(质量分数)与CLF低活化钢的待连接表面进行机械打磨、清洗后，进行超声喷丸处理。喷丸粒度40目，喷丸速度350m/s，喷丸时间1.5h。
(3)将制备的中间层粉末与无水乙醇混合，并加入有机分散剂PEG400+PEG2000+PEG4000，配置成浓度为10g/100ml的悬浊液，然后采用气喷涂法在母材钨合金和不锈钢的待连接面上分别喷涂中间层，单边厚度控制在200μm，然后自然风干。
(4)将95W-2.5Ni-2.5Cu(质量分数)与CLF低活化钢涂覆中间层的一面对合后固定，置于多功能气氛焊接炉中；对待焊表面施加20MPa的压力，在900℃、N2+Ar气氛下进行扩散连接，保温时间为2h，最终可以获得抗拉强度215MPa、连接界面没有气孔和裂纹的连接件。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种钨合金和不锈钢的低温扩散连接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
中间过渡层设计和制备，所述中间过渡层为Cu-Sn-Ti三元素，且根据母材成分进行Cu、Sn、Ti成分配比设计，所述根据母材成分进行Cu、Sn、Ti成分配比设计的具体方法为钨合金母材中钨含量93～98wt％，随着钨含量升高，相应中间层中Cu含量在60～80wt％范围升高变化，剩余Sn:Ti＝1:1；
母材表面纳米活化处理；
中间过渡层在母材待连接表面涂覆；
装配与压力扩散连接；
所述中间过渡层制备方法为采用电弧熔炼-超声气雾化法制备高活性微晶/非晶Cu-Sn-Ti中间过渡层粉末，粉末粒径20-40μm；
所述中间过渡层在母材待连接表面涂覆的具体过程为将中间过渡层粉末与无水乙醇混合，并加入有机分散剂配置成悬浊液，然后采用气喷涂法在母材钨合金和不锈钢的待连接面上分别喷涂中间过渡层悬浊液，然后自然风干，每边喷涂的中间层厚度控制在10～200μm；
所述扩散连接为：扩散连接压力为5～30MPa，连接温度为650～800℃，保温时间为1～3h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述母材表面纳米活化处理是指将母材钨合金和不锈钢的待连接表面进行机械打磨、清洗后，进行超声喷丸处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装配与压力扩散连接的具体过程为将钨合金和不锈钢涂覆中间层的一面对合后固定装配，置于多功能气氛焊接炉中，进行加压扩散连接，连接完成后随炉冷却至室温。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超声喷丸处理参数为喷丸材质为铸钢，喷丸粒度20～50目，喷丸速度300～400m/s，喷丸时间1～2h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机分散剂为PEG400、PEG1000和PEG2000中的一种或多种；所述悬浊液浓度为5-20g/100ml。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101244483A (zh) * 2008-03-20 2008-08-20 重庆大学 钛合金与不锈钢表面自纳米化扩散焊接工艺
KR101776151B1 (ko) * 2015-07-31 2017-09-19 덕산하이메탈(주) 비정질 및 발열 특성을 갖는 금속 도금막을 이용한 초경재료의 접합방법
CN105346161B (zh) * 2015-10-30 2017-07-25 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
CN108788436B (zh) * 2018-06-05 2021-02-09 中国科学院合肥物质科学研究院 一种采用置氢金属扩散连接聚变堆材料钨和钢的工艺
CN112496518B (zh) * 2020-11-11 2022-03-22 核工业西南物理研究院 一种钨和低活化钢的扩散连接方法
CN113134693B (zh) * 2021-04-30 2022-06-03 吉林大学 一种钎焊钨基粉末合金的Cu基非晶态钎料及其制备方法和应用
CN113523471B (zh) * 2021-07-06 2022-04-15 北京科技大学 一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法

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