[發明專利]一種利用銅做中間層制備鋯鋼復合板的方法

有效

• 申請號: 201710340220.2
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN108724894B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 張中武;蒙凱;陳懷浩;葉暉;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;B32B15/18;B32B15/20;B32B15/01
• 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

本發明提供一種利用銅做中間層制備鋯鋼復合板的方法，包括以下步驟：1)選擇銅箔作為鋯鋼復合板的中間層；2)清潔試樣并裝配于真空熱壓燒結爐中；3)熱壓燒結爐達到一定真空度時，以加熱速率為8?12℃/s達到預設溫度550?750℃，保持軸向壓力為0.5?10MPa，時間為0.1?10h。真空擴散焊接后的鋯鋼復合板，表面光亮無氧化，界面強切強度超過60MPa。本發明通過真空擴散焊接技術，預置銅中間層，有效解決了由于鋯與鋼的線膨脹系數相差較大焊接時所產生巨大內應力，阻止了Zr與Fe反應生成ZrFe₂，ZrFe₃和ZrFe₄等脆性金屬間化合物。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種利用銅做中間層制備鋯鋼復合板的方法。

背景技術

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，廣泛應用于核工業。但是近年來，人們發現鋯的耐蝕性能優于不銹鋼、鈦、鎳合金，所以鋯越來越多應用于石油、化工等行業。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。所以鋯與鋼的連接在工程中是一項重要技術，目前還沒有找到一種令人十分滿意的方法。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。目前在國內主要是利用爆炸焊的手段制備鋯鋼復合板，而國外則更多利用擴散焊接這一技術來研究鋯與鋼的復合。

專利CN 201510178398.2的專利文件中提供了一種鋯/鋼復合板的制備方法。該方法先制備鋯鈦拼接板，在以鋼為基，鋯鈦為復合層，采用爆炸焊的方法制備出剪切強度不小于190MPa的鋯鋼復合板。

文獻“Lee S U,Song H O,Lee W,et al.Characterization of the interfaceto diffusion bonding of zircaloy-4and stainless steel[J].Physics Procedia,2009,2(3):1231-1239.”中報道了一種在不使用中間層的條件下，Zr-4與304L不銹鋼在850℃-1020℃進行真空擴散焊接方法。出現了三種不同的擴散區域，寬度為120um，其中Zr(Fe,Cr)₂相硬度最高達到1370HV。

以上提到的兩種制備鋯鋼復合板方法，在爆炸焊中，其工藝極為復雜，操作困難，且十分危險，很難控制結合層的厚度以及成分；而擴散連接中未采用的中間層，擴散溫度高于850℃，擴散區域出現多種硬度極高的金屬間化合物。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中鋯鋼復合板制備過程中鋯與鋼的線膨脹系數相差較大焊接時產生巨大內應力，且Zr與Fe反應生成ZrFe₂，ZrFe₃和ZrFe₄等脆性金屬間化合物的缺點。提供一種利用銅做中間層制備鋯鋼復合板的方法。本發明通過真空擴散焊接技術，預置銅中間層，有效解決了由于鋯與鋼的線膨脹系數相差較大焊接時所產生巨大內應力，和阻止了Zr與Fe反應生成ZrFe₂，ZrFe₃和ZrFe₄等脆性金屬間化合物，擴大了鋯鋼復合板的工業生產，提高經濟效益。

本發明是通過以下技術方案實現上述目的的，一種利用銅做中間層制備鋯鋼復合板的方法，包括以下步驟：

1)選擇銅箔作為鋯鋼復合板的中間層，機械打磨并利用超聲波在丙酮溶液中清潔鋼板、鋯板和銅箔表面的氧化物、污染物及油脂，以備焊接使用；

2)將銅箔置于鋯板與鋼板之間得工件，鋯板在上層，鋼板置于下層；然后將工件裝配到兩塊耐熱不銹鋼之間，再放置到真空熱壓燒結爐中，并在真空熱壓燒結爐中的鎳基高溫合金壓頭預施加0.3-1MPa的壓力減少鋯板、銅箔、鋼板三者之間的空隙；