[發明專利]一種利用鈮中間層擴散焊接鈦合金與銅合金的方法

無效

• 申請號: 200810046712.1
• 申請日: 2008-01-17
• 公開（公告）號: CN101254572A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 張聯盟;王傳彬;沈強;羅國強;曾浩
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種焊接金屬鈦合金與銅合金的方法。

背景技術

現代科學技術的發展，往往要求同一構件的不同部位承受不同的工作條件，用單一的金屬材料制造這樣的構件不僅不經濟，而且有時是不可能的。如果能把幾種不同金屬組合成構件并盡可能使構件不同部位上的金屬是能夠承受相應工作條件的最佳材科，就可以揚長避短，最大限度地發揮各種材料的潛力。

鈦合金作為一種重要的結構材料，具有比重小、強度高、耐熱和耐蝕性好等優點，在航空、航天、石化、醫療等領域得以廣泛應用，但由于價格昂貴，限制了進一步推廣應用。銅合金具有良好的延展性和加工性，而且電導率高、導熱性好，但在抗氧化性、熔點及硬度方面的不足阻礙了其應用。因此，研究鈦合金與銅合金的連接技術，充分發揮二者各自的性能優勢，是進一步拓寬鈦、銅合金應用領域的有效途徑之一。例如，鈦-銅復合材料作為一種金屬陽極的主要部件，可將鈦合金的耐腐蝕性和銅合金的良好導電性融為一體，能代替傳統的石墨陽極，使其壽命提高10倍以上，節能20％以上。

擴散焊是連接異種金屬和合金的一種行之有效的方法，與其它焊接方法相比，它具有焊接接頭的質量好、焊件整體變形小、操作過程簡單、工藝參數易調易控等優點。但是，鈦合金與銅合金之間由于熔點、熱導率、熱膨脹系數等物理性能存在較大差異，而且二者的晶格類型不同，原子半徑也相差很多，鈦合金與銅合金的直接接觸擴散焊難以實現可靠連接，焊接時產生的問題主要有：

鈦與銅的互溶性小，易形成多種脆性的金屬間化合物，使接頭脆性增加；鈦與銅高溫時的吸氫能力都很強，易產生脆性氫化物，會顯著降低焊接接頭的塑性和韌性；鈦與銅的熱膨脹系數相差近一倍，焊接時會產生較大的應力，獲得的焊件極易發生開裂現象；鈦與銅均易氧化，氧化膜會削弱鈦與銅之間的界面結合能力。

發明內容

為解決直接擴散焊技術在連接鈦與銅時存在的問題，本發明提供一種利用鈮中間層擴散焊接鈦合金與銅合金的方法，該方法可實現鈦合金與銅合金的高強度連接。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種利用鈮中間層擴散焊接鈦合金與銅合金的方法，包括以下步驟：

1)選擇鈮箔或鈮粉作為連接鈦合金片與銅合金片的中間層，清潔鈦合金片和銅合金片的待焊面；

2)將鈮中間層置于鈦合金片與銅合金片之間，整體放入石墨模具中，然后將石墨模具移入真空焊接爐內，放置于爐內的石墨上壓頭和石墨下壓頭之間，并施加0.5～2MPa的預壓力壓實；

3)對真空焊接爐抽真空，當真空度大于5×10^-3Pa時，開始加熱，升溫至700～850℃后保溫30～60min，升溫速率為2～10℃/min，并在保溫前施加5～10MPa的軸向壓力；達到保溫時間后，開始降溫、卸除壓力并隨爐冷卻。

所述的鈮中間層(鈮箔或鈮粉)的厚度為50～100μm。

所述的鈮箔、鈮粉的純度≥99％，鈮粉的平均粒度為5～20μm。

所述的鈦合金圓片為Ti-6Al-4V合金、Ti-5Al-2.5Sn合金或Ti-13V-11Cr-3Al合金。

所述的銅合金圓片為無氧銅、青銅、黃銅或白銅。

本發明通過在鈦合金與銅合金之間加入鈮中間層進行真空擴散焊接，一方面，可防止鈦合金與銅合金直接連接時脆性金屬間化合物的生成，提高接頭的韌性和結合強度；另一方面，鈮的熱膨脹系數和熱導率等物理性能介于鈦合金與銅合金之間，它在鈦、銅合金之間起到緩解接頭應力和減少接頭形變的作用，因而能有效提高接頭強度。利用本發明的制備方法，可實現多種鈦、銅合金的高強度連接。例如，采用50μm的Nb箔作為中間層，擴散焊接Ti-6Al-4V合金和無氧銅的焊件接頭的抗拉強度達到107MPa，比未加Nb箔的直接焊接體的強度高出40MPa。

附圖說明

圖1是本發明擴散焊接鈦合金與銅合金的裝配示意圖；

圖2是本發明加入鈮箔中間層后擴散焊接鈦合金(Ti-6Al-4V)和銅合金(無氧銅)的連接界面的顯微結構圖；

圖3是直接擴散焊接鈦合金(Ti-6Al-4V)和銅合金(無氧銅)的連接界面的顯微結構圖；

圖中：1-石墨上壓頭；2-上阻焊層；3-石墨圓形外套；4-石墨下壓頭；5-真空焊接爐下壓頭；6-真空焊接爐上壓頭；7-鈦合金片；8-鈮中間層；9-銅合金片；10-下阻焊層。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。