[發明專利]一種鎢銅異種金屬的擴散連接方法

有效

• 申請號: 201210369517.9
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103706939A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 凌云漢;王松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/14;B23K20/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種異種合金的擴散連接方法，具體涉及一種鎢與銅的擴散連接方法。

背景技術

金屬鎢由于其在低能區域具有高的濺射閥值，高熔點，高的抗等離子體沖刷能力，最有希望用作聚變反應堆偏濾器的背板材料；金屬銅具有優異的導熱、良好的加工和焊接性能，將兩者結合在一起將適合作為偏濾器嚴酷環境下使用的熱沉材料。但鎢和銅是兩種熱物理性質迥異的金屬，主要表現為熱膨脹系數的失配（約12×10^-6/℃）和巨大的熔點差（2327℃）。熱膨脹系數的差別，將會直接導致接頭中產生極大的殘余應力，嚴重影響焊接接頭的性能；另一方面，鎢與銅不能直接形成冶金結合，很難直接采用擴散的方法連接。

公開號為CN1593818A的中國專利公開了“一種熔滲-焊接法制備鎢/銅功能梯度材料的方法”，該方法先采用熔滲的方法制備出鎢銅梯度分布的過渡層，再通過熱壓焊接的方法把W/Cu梯度層與純鎢連接在一起制備成完整的W/Cu梯度材料。上述方法存在梯度鎢骨架的制備困難復雜的問題。公開號為CN101494322A的中國專利公開了“一種鎢銅連接方法”，該方法先將銅金屬真空熔覆在鎢金屬表面的波形溝槽，然后采用真空擴散連接方法使其與銅合金連接在一起。上述方法存在鎢金屬硬度高難加工的問題。公開號為CN101704160A的中國專利公開了“一種鎢與銅及其合金異種金屬連接方法”，該方法采用加入中間過渡層Ni的真空擴散連接方法實現鎢銅異種金屬的擴散連接。上述方法采用Ni作為中間過渡層，由于Ni大量的吸收中子，不適合作為中間過渡層與第一壁直接接觸。

綜上所述，選擇一種既能夠使鎢和銅以較高的強度結合在一起，又能夠克服由于材料熱物理性能顯著差異引起的熱應力破壞的連接方法，就顯得十分必要了。

發明內容

本發明的目的是提供一種鎢銅異種金屬的擴散連接方法，該方法采用真空擴散焊接技術，添加鍍有Fe-W非晶鍍層的銅箔作中間層，實現鎢銅異種金屬的可靠連接，具有操作簡單、成本低等優點。

本發明所提供的一種鎢銅異種金屬的擴散連接方法，包括如下步驟：

（1）將銅片和銅箔進行電化學拋光；

（2）將經所述電化學拋光后的銅箔的一側表面進行封裝后置于電鍍液中進行電鍍，則在所述銅箔的另一側表面得到非晶Fe-W鍍層；

所述電鍍液由鎢酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸銨和水組成；

（3）將所述銅片、銅箔和鎢片自下而上依次疊合，然后進行真空熱壓燒結即實現鎢銅異種金屬的擴散連接；其中所述銅箔的非晶Fe-W鍍層側面與所述鎢片接觸，

上述的擴散連接方法，步驟（1）中，所述電化學拋光的溶液為體積比可為（8~10）：1的磷酸和乙醇的混合液，如體積比分別為8：1和10：1的磷酸和乙醇的混合液；所述電化學拋光時的電流密度可為20~40A/dm²，如20A/dm²或40A/dm²；所述電化學拋光的時間可為5~10min，如5min或10min。

上述的擴散連接方法，步驟（2）中，所述電鍍液中，所述鎢酸鈉、硫酸亞鐵和酒石酸銨的質量體積濃度分別可為60~90g/L、5~20g/L和30~70g/L，所述鎢酸鈉的質量體積濃度具體可為75~80g/L、75g/L或80g/L，所述硫酸亞鐵的質量體積濃度具體可為10~20g/L、10g/L或20g/L，所述酒石酸銨的質量體積濃度具體可為45~55g/L、45g/L或55g/L；所述電鍍液的pH值為7~9，如7或9。

上述的擴散連接方法，步驟（2）中，所述電鍍在水浴中進行，所述水浴的溫度可為50~70℃，如50℃或70℃。

上述的擴散連接方法，步驟（2）中，所述電鍍時的電流密度可為3~10A/dm²，具體可為3A/dm²或10A/dm²，時間可為5~10min，具體可為5min或10min；電鍍時所述銅箔為陰極，石墨為陽極。

上述的擴散連接方法，步驟（2）中，所述非晶Fe-W鍍層的厚度可為1.5~3.5μm，如2.506μm或3.310μm；所述非晶Fe-W鍍層中，鎢的原子百分數為20%~25%，鐵的原子百分數可為75%~80%。

上述的擴散連接方法，所述銅箔的厚度可為20~40μm，如30μm。

上述的擴散連接方法，步驟（3）中，所述真空熱壓燒結在真空熱壓燒結爐中進行；

在所述真空熱壓燒結爐的模具上壓頭上噴頭碳化硼陶瓷作為阻焊層，所述銅片放置于所述阻焊層上。