[發明專利]一種鋯鋼復合板的制備方法

有效

• 申請號: 201710339710.0
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN108724893B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 葉暉;張中武;蒙凱;陳懷剛;劉尊慈
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學;南京佑天金屬科技有限公司
• 主分類號: B32B37/10
• 分類號: B32B37/10;B32B37/06;B32B38/16;B32B38/18
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明公開了一種鋯鋼復合板的制備方法，包括如下步驟：1)選擇純鋁或鋁合金作為鋯合金與低碳鋼鋼的中間層；2)將鋁中間層置于鋯板與鋼板之間，并將其裝配到兩塊耐熱不銹鋼之間，放置到真空熱壓燒結爐中，并預施加0.1?3MPa的壓力；3)對熱壓燒結爐進行抽真空，當真空度大于10^?3MPa時開始加熱，達到450?650℃時，保持軸向壓力在0.5?6MPa，保溫0.5?10h；卸載軸向壓力，隨爐冷卻低于50℃。該方法可以克服現有焊接技術下在低溫下實現鋯與鋼高質量焊接的問題，其中擴散層界面平整，反應生成物單一，焊后的鋯鋼復合板具有變形量小、無氧化和殘余應力低等優點，可以適用于化工反應容器等領域。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種鋯鋼復合板的制備方法。

背景技術

擴散焊接是一種在固體狀態下，通過施加低于母材熔點的溫度，保持軸向壓力，添加或不添加中間層，使母材產生微量變形而不損害總體性能，最后達到一定結合強度的一種方法。但是，復合材料的力學性能是取決于結合面區域的微觀組織。所以，調整實驗參數可以精確控制在結合面(擴散層)生成的金屬間化合物的厚度和種類，我們可以在此過程中找到影響材料性能的關鍵性因素。利用擴散焊接方法，可以將同種或異種材料連接到一起，例如金屬與金屬，金屬與陶瓷。

鋯是一種稀有金屬，具有易加工、耐蝕性好和熱中子吸收截面低等優點。近年來，因鋯的耐蝕性能優于不銹鋼、鈦、鎳合金，越來越多應用于石油、化工等行業。但是受到鋯價格的限制，所以利用鋯鋼復合板可取代純鋯用于制造壓力容器，不僅降低制造成本，而且極大節約了鋯資源。

利用擴散焊接將鋯與鋼焊接到一起，是這一個非常有前景的想法。但是鋯合金與鋼的連接存在一定困難，這主要存在兩個方面原因：一是脆性金屬間化合物的形成，使得接頭的機械強度和耐腐蝕性降低；二是兩種材料的熱膨脹系數相差極大，連接后會造成很大的內應力。所以，在國外，許多研究者會采用添加中間層來緩解兩種不同材料所帶來的內應力以及阻止金屬間化合物的形成。

文獻“Aboudi D,Lebaili S,Taouinet M,et al.Microstructure evolution ofdiffusion welded 304L/Zircaloy 4,with copper interlayer[J].Materials&Design,2017,116:386–394.”中報道利用純銅作中間層連接不銹鋼與Zr4合金，結果表明在900℃時，銅能夠有效阻止Fe與Zr的相互以及擴散層中裂紋的擴展；但是溫度在1050℃時，銅與鋯反應劇烈形成局部液相，與Fe元素接觸之后形成脆硬的C₃₆-Fe₂Zr等拉弗斯相，影響接頭性能。

文獻“Chen H,Long C,Wei T,et al.Effect of Ni interlayer on partialtransient liquid phase bonding of Zr–Sn–Nb alloy and 304 stainless steel[J].Materials&Design,2014,60(60):358-362.”中提到利用純鎳作為中間層連接304不銹鋼與鋯合金，結果表明在擴散時間為30min和1000℃沒有鎳中間層的接頭產生的大量的Zr(Cr,Fe)₂等脆性相，反應層較薄并伴有裂紋形成；但是使用鎳中間層后的接頭，反應層厚度達到135um，沒有裂紋出現，結合強度得到明顯的改善。

以上文獻中提及的中間層均屬于純的貴金屬，且擴散溫度已超過900℃，已屬于中高溫擴散焊接。目前所查文獻中，均未查詢到鋯合金與低碳鋼在擴散焊接溫度低于650℃成功的案例。

發明內容