一種用于釬焊鉬錸合金的釬料和制備方法及釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于異種新材料特種連接技術(shù)領(lǐng)域，具體包括釬焊鉬錸合金的釬料、制備方法及釬焊工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鉬錸合金(Mo_50Re)在室溫下的抗拉強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上，延伸率在20%以上，具有熔點(diǎn)高、高溫性能好、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能好、膨脹系數(shù)小、抗熱震性能好、抗磨損性能和抗腐蝕性能強(qiáng)、高聲速等特性，使其在化學(xué)、冶金及金屬加工、電子工業(yè)、航空航天和核工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，且是非常有應(yīng)用前景的難熔金屬材料之一。常作為結(jié)構(gòu)包套材料用于空間核反應(yīng)堆的熱離子交換器，制成箔材和極細(xì)絲材作為彈性元件用于加熱器、熱電偶等高溫設(shè)備中(效果好且使用壽命長)。鉬錸合金耐磨性好，抗電弧燒蝕性強(qiáng)，故可廣泛應(yīng)用于電子元器件中。隨著對鉬及鉬合金的進(jìn)一步研究和在各個領(lǐng)域中更加廣泛的應(yīng)用，開展鉬合金焊接技術(shù)的研究工作顯得尤為重要和迫切，提高鉬錸合金的焊接性、獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭是進(jìn)一步拓寬鉬錸合金應(yīng)用范圍的重要條件。
[0003]鉬錸合金是高溫難熔金屬合金，由于其本身的特點(diǎn)，使得鉬錸合金的焊接還存在很多的問題。鉬錸合金對氧、碳、氮十分敏感，其中氧影響最大，具有高溫氧化的特點(diǎn)。在焊接過程中，微量的氧元素都會使鉬錸合金形成淬硬相并在晶界處偏析;在焊接接頭中還會產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致焊接裂紋增大;在高溫下，鉬錸合金中的鉬元素還會迅速氧化，形成一層氧化膜，阻礙焊接過程進(jìn)行。本發(fā)明鉬錸合金高溫真空釬焊是在真空中進(jìn)行，加熱均勻，釬焊溫度相對較低，避免了空氣雜質(zhì)污染及熱循環(huán)造成的晶粒長大和沉淀硬化，具有極大發(fā)展前景。
[0004]對于鉬錸合金材料連接而言，釬焊特別是真空釬焊方法適合性更好。尋找一種性能優(yōu)良和性價比高的填充材料，制定合理的焊接工藝，改善氣孔、裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生，是實(shí)現(xiàn)鉬錸合金異種材料連接的關(guān)鍵。目前，尚未看到鉬錸合金釬焊連接技術(shù)的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供本發(fā)明提供一種釬焊鉬錸合金的釬料和制備方法及釬焊工藝，以獲得良好性能的連接接頭。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種釬焊鉬錸合金的釬料，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:017.5%?19.5%，516.5%?8.5%，80?1.5%，師?5%，余量為Ni。
[0007]作為優(yōu)選，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:Crl8.5%?19.5%，Si7%?8%，Β0?1.5%，W0?3%，余量為Ni。
[0008]作為優(yōu)選，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:Cr 19%，Si7.3%，B0.5%，W2%，其余為Ni。
[0009]—種用于釬焊鉬錸合金的釬料，加入一定量的Si元素適當(dāng)?shù)慕档土蒜F料的熔化溫度，促進(jìn)了釬焊接頭固溶體的形成;加入適量的B有利于釬料細(xì)化晶粒和提高釬料的高溫性能;Cr的添加提高了該釬料的抗氧化性和耐蝕性;W能增強(qiáng)釬料與鉬錸合金的潤濕性，同時提高焊縫強(qiáng)度，同時大量的Ni元素有利于提高合金釬料的高溫性能，促進(jìn)釬料與鉬錸合金的固溶冶金反應(yīng)，提高釬焊接頭的綜合性能。
[0010]—種釬焊鉬錸合金的釬料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)按質(zhì)量百分比稱取高純度的Cr顆粒、Si顆粒、B顆粒、W顆粒和Ni顆粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在20°C左右的溫度下進(jìn)行超聲清洗15?20min;
[0012]2)將步驟I超聲清洗后的混合物在30?50°C的溫度下烘干，得到干燥的混合物；
[0013]3)將混合物Cr、B、S1、W和Ni采用真空感應(yīng)熔煉的方法制備成分均勻的釬料母合金，將制備出的母合金碾碎后，裝入高真空單輥甩帶機(jī)的石英玻璃管內(nèi)；
[0014]4)將石英玻璃管夾裝在甩帶機(jī)的電感應(yīng)加熱圈中，并將其噴嘴至銅輥表面間距調(diào)整為 100 ?150μηι;
[0015]5)關(guān)閉爐門，采用機(jī)械栗抽真空至1.5X10—3Pa，然后采用分子栗抽高真空，高真空度不低于9 X 10—5Pa，然后腔體充滿高純Ar氣至220?250mbar ；
[0016]6)開啟電機(jī)，使銅輥轉(zhuǎn)速Us在28?33m/s的范圍內(nèi)，再開啟高頻電源，將石英玻璃管內(nèi)的母合金高頻感應(yīng)加熱至完全均勻恪融后，保溫過熱恪體60s?80s ；
[0017]7)將Ar氣氣壓調(diào)制P = 30?60KPa，用高壓氬氣將石英玻璃內(nèi)的過熱熔體連續(xù)噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥表面，液態(tài)金屬受到急冷而成箔帶狀，從而得到釬料箔片帶，厚度為20 ?50μπι。
[0018]作為優(yōu)選，所述步驟3中石英管噴嘴呈長方形，其長度為8?10mm，寬度為0.8?
1.2mm ο
[0019]作為優(yōu)選，所述步驟6中銅輥直徑為250mm，銅輥寬度為50mm。
[0020]一種用于釬焊鉬錸合金的釬料的釬焊方法，包括以下步驟:
[0021](I)準(zhǔn)備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進(jìn)行清理，除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，利用W7號金相砂紙進(jìn)行研磨光滑，將鉬錸合金及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗15?20min，并進(jìn)行烘干處理；
[0022](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鉬錸合金搭接表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，確保連接的精度，在夾具上放置額定質(zhì)量的壓頭，產(chǎn)生0.02?0.03MPa的恒定垂直壓力；
[0023](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設(shè)備中，首先以5?9°C/min的速率升溫至300?350°C，保溫25?35min，再以4?6°C/min的速率升溫至700?850°C，保溫時間15?20min，再以6?10°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度1050?1210°C，保溫時間10?45min，以5°C/min冷卻到1000°C，保溫時間60min，作擴(kuò)散處理，然后以5°C/min冷卻至800°C，隨爐冷卻至室溫或者在釬焊溫度直接以3?5°C/min的速率冷卻至750?800°C，然后保溫時間10?30min，最后以5?7°C/min的速率冷卻至450?500°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0024]有益效果:本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025](I)本發(fā)明釬料的釬焊溫度在1050°C?1210°C,釬料熔化溫度較高，保證了焊件的高溫性能，同時釬料熔化均勻;使用釬料箔片有利于促進(jìn)釬焊連接過程中合金元素的擴(kuò)散和界面反應(yīng)，提高釬料在鉬錸合金表面的潤濕和鋪展能力，提高釬料與鉬錸合金的固溶冶金反應(yīng)，降低釬焊接頭中的殘余應(yīng)力，減少釬焊接頭脆化物含量，細(xì)化晶粒和減小殘余應(yīng)力，提高了接頭的力學(xué)性能，解決了鉬錸合金焊接接頭中常出現(xiàn)的氣孔和裂紋以及鉬錸合金在高溫下形成的氧化膜。
[0026](2)采用本發(fā)明的釬料連接鉬錸合金的釬焊工藝穩(wěn)定可靠，利用真空釬焊連接，構(gòu)件在加熱過程中處于真空狀態(tài)，整個構(gòu)件無變形，無微觀裂紋、氣孔和夾雜等缺陷，其表面潤濕鋪展較好，充分填充釬縫，提高了接頭的整體強(qiáng)度，以及擁有良好的塑性變形能力，因而能獲得更為穩(wěn)定可靠的連接接頭。
[0027](3)本發(fā)明釬料連接鉬錸合金，釬料與基體母材充分形成固溶冶金反應(yīng)，組織細(xì)粒，使得本發(fā)明釬料具有優(yōu)異常溫和高溫性能，獲得的鉬錸合金的連接接頭性能穩(wěn)定可靠，擴(kuò)大了鉬錸合金連接的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0028](4)本發(fā)明獲得的釬料制備方法和釬焊工藝簡單，實(shí)施方便快捷，釬料的制備以及釬焊工藝可重復(fù)再現(xiàn)，真空釬焊過程無須添加釬劑以及保護(hù)措施，便于廣泛的推廣與應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]鉬錸合金(50 %Mo，50 % Re)搭接接頭真空釬焊:鉬錸合金試樣尺寸為40mm X 3mm X
0.1mm，待奸焊面為3mm X 2mm搭接面。
[0031]釬料的成分及質(zhì)量百分比配比為:019.5%，5丨7%，81%，其余為附。釬料厚度為
3Oum ο
[0032]上述釬焊鉬錸合金的釬料的制備方法，包括以下步驟:
[0033]I)按質(zhì)量百分比稱取高純度的39gCr顆粒、14gSi顆粒、2gB顆粒;和145gNi顆粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在20°C左右的溫度下進(jìn)行超聲清洗20min;
[0034]2)將步驟I)超聲清洗后的混合物在30?50°C的溫度下烘干，得到干燥的混合物；
[0035]3)將混合物Cr、S1、Ni和B采用真空感應(yīng)熔煉的方法制備成分均勻的釬料母合金，將制備出的母合金碾碎后，裝入高真空單輥甩帶機(jī)的石英玻璃管內(nèi)；
[0036]4)將石英玻璃管夾裝在甩帶機(jī)的電感應(yīng)加熱圈中，并將其噴嘴至銅輥表面間距調(diào)整為 ΙΟΟμπι;
[0037]5)關(guān)閉爐門，采用機(jī)械栗抽真空至1.5X10—3Pa，然后采用分子栗抽高真空，高真空度不低于9 X 10—5Pa，然后腔體充滿高純Ar氣至220?250mbar ；
[0038]6)開啟電機(jī)，使銅輥轉(zhuǎn)速Us在28m/s的范圍內(nèi)，再開啟高頻電源，將石英玻璃管內(nèi)的母合金高頻感應(yīng)加熱至完全均勻熔融后，保溫過熱熔體60?80s;
[0039]7)將Ar氣氣壓調(diào)制P = 30?60KPa，用高壓氬氣將石英玻璃內(nèi)的過熱熔體連續(xù)噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥表面，液態(tài)金屬受到急冷而成箔帶狀，從而得到釬料箔片帶，厚度為
2Oum ο
[0040]釬焊工藝步驟為:
[0041](I)準(zhǔn)備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進(jìn)行清理，除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，利用W7號金相砂紙進(jìn)行研磨光滑，將鉬錸合金及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗15?20min，并進(jìn)行烘干處理；
[0042](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鉬錸合金搭接表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，確保連接的精度，在夾具上放置額定質(zhì)量的壓頭，產(chǎn)生0.02?0.03MPa的恒定垂直壓力；
[0043](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設(shè)備中，首先以7°C/min的速率升溫至300°C，保溫25min，再以4°C/min的速率升溫至700°C，保溫時間15min，再以8°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度1060°C，保溫時間45min，再以5°C/min的速率冷卻至800°C，保溫時間15min，最后以7°C/min的速率冷卻至500°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0044]結(jié)果:釬焊獲得的鉬錸合金接頭形成良好，金相觀察發(fā)現(xiàn)釬焊區(qū)形成致密的界面結(jié)合，合金成分分布均勻，室溫剪切強(qiáng)度為232MPa。
[0045]實(shí)施例2:
[0046]鉬錸合金(50 %Mo，50 % Re)搭接接頭真空釬焊:鉬錸合金試樣尺寸為30mm X 3mm X0.1mm，待奸焊面為3mm X 2mm搭接面。
[0047]釬料的成分及質(zhì)量百分比配比為:Cr 19%，Si7.3% ,B1.5%,W2%，其余為Ni。按照實(shí)施例1中的制備方法，制備的釬料厚度為40μπι。
[0048]釬焊工藝步驟為:
[0049](I)準(zhǔn)備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進(jìn)行清理，除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，利