[發明專利]一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法

在審

• 申請號: 201710173343.1
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107096987A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 楊超;莫達光;屈盛官;李小強;張衛文
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

1.一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于包括如下步驟：

將兩種不同材料的金屬棒材端面相接觸，置于石墨模腔內，金屬棒材另外的端面與石墨沖頭相連；將裝備好的模具置于放電等離子燒結系統中，然后對石墨沖頭施加壓力，同時脈沖電流通過石墨沖頭由上至下流經兩金屬棒材，兩金屬棒材相接觸的端面會發生反應，在真空條件及脈沖電流的作用下，生成新的擴散層，使兩金屬棒材形成良好的冶金結合，得到可靠的連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于具體步驟為：

(1)棒材制備：對金屬棒材進行熱軋處理，軋制后的金屬棒材分別進行真空退火處理，通過線切割法進行切割，使兩棒材直徑相同；棒材兩端面經砂紙打磨，運用金剛石拋光劑進行拋光，最后進行丙酮浸泡超聲波清洗，保證棒材端面清潔、平整、且相互平行；

(2)裝配：使兩種不同材料的金屬棒材端面相接觸，兩棒材側面由石墨紙包圍，棒材和石墨紙置于石墨模腔內，棒材另外的端面與石墨沖頭相連，石墨沖頭和棒材之間置于石墨片，裝備好的模具置于放電等離子燒結系統中，系統中的上下電極分別與上下石墨沖頭相接觸，石墨模具外壁處開一熱電偶槽，使系統中的熱電偶插入其中，進行溫度測量；

(3)脈沖電流擴散焊：工作時通過系統聯動操作保持5～30MPa的壓力，且處于真空環境，升溫至焊接溫度保溫0～80分鐘，工作結束后，爐冷至150℃～230℃后取出，完成焊接。

3.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(1)所述的金屬棒材是指工業純鈦、純銅或純鈮棒材；所述工業純鈦棒材的熱軋處理溫度為800℃，真空退火處理溫度為680℃；工業純銅棒材的熱軋處理溫度為750℃，真空退火處理溫度為550℃；工業純鈮棒材的熱軋溫度為1000℃，真空退火處理溫度為850℃。

4.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(1)所述熱軋處理后進一步采用研磨的方法去除表面層污染物。

5.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(1)所述的平整是指金屬棒材端面的粗糙度小于0.5μm。

6.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：所述石墨片和石墨紙的厚度小于0.2mm。

7.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(2)中所述的熱電偶槽，其最深處與金屬棒材距離小于0.5mm，保證所測溫度的準確。

8.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(3)中所述的真空環境是指絕對壓強小于15Pa。

9.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(3)中所述的升溫過程為：3分鐘內由室溫升溫至150℃～200℃，然后在3～5分鐘升溫至低于焊接溫度100℃，再于3分鐘內升溫至焊接溫度。

10.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流處理的金屬棒材快速擴散焊接方法，其特征在于：步驟(3)中所述的焊接溫度根據所焊接的金屬棒材確定，工業純鈦和純銅焊接時的焊接溫度為600℃～850℃，保溫時脈沖電流為500A～700A；工業純鈦和純鈮焊接時的焊接溫度為900℃～1000℃，保溫時脈沖電流小于1000A。