[發(fā)明專利]一種鎢銅模塊的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410830058.9
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104588620A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊義兵;蘇國軍;鐘銘;劉俊海;韓蕊蕊
• 申請（專利權(quán)）人: 天龍鎢鉬（天津）有限公司;北京天龍鎢鉬科技股份有限公司;寶雞京龍鎢鉬科技有限公司
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B21D37/10;C23G1/10;G21B1/13
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 蘇紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬連接模塊的制備方法，特別涉及一種鎢銅模塊的制備方法。

背景技術(shù)

鎢以其高熔點(diǎn)、高硬度、耐中子輻照、良好的導(dǎo)熱性、低活性等性能特點(diǎn)，成為聚變堆面向等離子體的熱門候選材料之一。如今英國的歐洲聯(lián)合環(huán)(JET)、法國的Tore-Supra和中國中科院等離子體所的EAST，都已經(jīng)使用鎢作為偏濾器的面向等離子體材料(Plasma?Facing?Material,PFM)。在建的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)，首階段實(shí)驗(yàn)也將使用純鎢作為偏濾器的面向等離子體材料。

銅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，其熱導(dǎo)率為粉末冶金態(tài)鎢的4倍以上，能夠有效的帶走核聚變反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量，可以作為熱沉材料。由此，聚變堆設(shè)計(jì)人員和材料研究人員提出，可以使用銅與鎢的連接模塊作為面向等離子體部件(Plasma?Facing?Component，PFC)。該部件既能承受等離子體的高溫和高能粒子輻照，又能盡可能快地帶走鎢上的熱量。

將金屬鎢與銅緊密地連接是獲得PFC的關(guān)鍵。由于鎢和銅之間的熱膨脹系數(shù)相差很大，其焊接熱應(yīng)力很大。而且鎢、銅之間幾乎不發(fā)生固溶。此外，鎢與銅的熔點(diǎn)也相差很大。因此傳統(tǒng)的擴(kuò)散焊、釬焊等焊接方法對鎢銅的焊接不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種將銅焊接至鎢表面的方法；本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種鎢銅模塊的制備方法；本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種金屬清洗液，本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種熱壓模具。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用熔敷和熱壓相結(jié)合的方法，能夠?qū)~焊接至鎢表面，經(jīng)進(jìn)一步加工還能夠獲得各種形狀、尺寸的鎢銅模塊，例如用于托卡馬克聚變裝置偏濾器的鎢銅模塊。

具體地，通過如下各項(xiàng)的技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上述一項(xiàng)或多項(xiàng)目的。

本發(fā)明第一方面提供一種將銅焊接至鎢表面的方法，其包括以下步驟：

a)將鎢表面將要與銅連接的部分加工至的粗糙度Ra為3～8μm；

b)將銅熔敷于鎢表面，獲得敷銅鎢；

c)熱壓所述敷銅鎢。

鎢的連接面具有一定的粗糙度(例如Ra3～8μm)后，銅液在鎢表面熔敷時(shí)，連接界面上鎢、銅兩種金屬能夠相互嚙合(參見圖6)，這種鎢銅界面具有較高的連接強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，其中步驟b)的熔敷在加熱爐中進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，其中步驟b)包括：將鎢和銅放入熔敷模具中(優(yōu)選石墨熔敷模具，例如帶有蓋子的石墨熔敷模具)，銅置于鎢上面，保證銅熔融后能夠完全覆蓋鎢表面將要與銅連接的部分(例如將鎢表面將要與銅連接的部分水平朝上放置或豎直放置)，再將熔敷模具放入加熱爐。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，其中加熱爐加熱的溫度為1100～1180℃。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，其中加熱爐中氣氛優(yōu)選為非氧化氣氛(例如真空、氮?dú)夥?、還原性氣氛(例如氫氣或分解氨)或惰性氣體氛圍(例如氦氣、氬氣)，進(jìn)一步優(yōu)選為氫氣氛圍，爐內(nèi)氫氣露點(diǎn)可以為-80～-20℃(優(yōu)選為-60～-20℃，例如-40℃)，優(yōu)選的氫氣流量為0.4～0.6m³/h(例如0.5m³/h)；在非氧化氣氛、還原性氣氛或惰性氣體氛圍中，特別是氫氣氛中進(jìn)行熔敷，能防止鎢塊表面被氧化，使鎢銅界面良好結(jié)合，不產(chǎn)生空隙，結(jié)合強(qiáng)度高。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，進(jìn)一步優(yōu)選用氧化鋁粉將裝有銅和鎢的熔敷模具埋住放入加熱爐，優(yōu)選氧化鋁粉距熔敷模具的粉體層厚度最薄處不小于3mm。用氧化鋁粉將裝有銅和鎢的熔敷模具埋住，有助于進(jìn)一步隔絕氧氣，同時(shí)使得熔敷模具受熱更加均勻。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，所述加熱爐為推舟爐，可以將石墨熔敷模具以2.5～5mm/分鐘的速度推入推舟爐。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，所述推舟爐總長為1500～2000mm(例如1800mm)，高溫區(qū)長度為400～600mm(例如500mm)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，所述推舟爐高溫區(qū)的溫度為1100～1180℃。

推舟爐可以單舟推進(jìn)或連續(xù)進(jìn)舟，使用推舟爐可提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、批量化的生產(chǎn)。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的焊接方法，步驟c)中熱壓的溫度為900℃～1050℃、壓強(qiáng)為1Mpa～5Mpa(例如2～4Mpa或2～3Mpa)，保溫保壓時(shí)間優(yōu)選為8～12分鐘(例如10分鐘)，優(yōu)選熱壓在非氧化氣氛(例如真空、氮?dú)夥?、還原性氣氛(例如氫氣或分解氨)或惰性氣體氛圍(例如氦氣、氬氣)，進(jìn)一步優(yōu)選為氫氣氛圍中進(jìn)行。