[發明專利]一種TZM和WRe異種合金的低溫連接方法

有效

• 申請號: 201710505127.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107081517B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 張久興;楊芝;韓翠柳;胡可;楊新宇;李志
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/24
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 盧敏<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供了一種TZM和WRe異種合金的低溫連接方法，是以Ti粉作為活性中間層，通過放電等離子燒結技術對TZM合金與WRe合金在低于母材的再結晶溫度下進行擴散焊接，獲得TZM合金與WRe合金的連接件。通過本發明的焊接方法可保證母材不發生再結晶的同時，得到強度高、成型好的TZM/WRe異種合金連接件，接頭室溫剪切強度可達263MPa。

技術領域

本發明涉及一種異種難熔合金的低溫連接方法，尤其涉及一種TZM/WRe異種合金的連接方法。

背景技術

TZM合金是在Mo基體中加入總量不超過1％的Ti和Zr而形成的一種高溫合金。與純鉬相比，TZM合金具有更高的再結晶溫度和高溫強度。TZM合金應用廣泛，如：利用其良好的抗蝕性，用于彩色顯像管玻殼生產線上玻璃熔爐和用鉑銠包復攪拌器的主軸；利用其高熔點的特性，用于制造有色金屬的壓鑄模具；利用其高溫高壓下良好的力學性能，用于魚雷發動機上的配氣閥體、火箭噴嘴等軍事構件。

WRe合金是由W和Re所組成的合金。Re的再結晶溫度比W高500℃，且Re不存在塑脆轉變溫度。因此，Re的加入可顯著改善W的室溫脆性，降低塑脆轉變溫度，并能在一定的高溫區域增強W的力學性能。隨著國防工業及國民經濟的迅速發展，WRe合金零部件在各領域的應用日益廣泛，例如固體火箭發動機噴管、核燃料貯存和控制裝置、極端環境熱電偶及航空電磁機電接點材料等。

TZM合金和WRe合金連接在一起形成的復合結構，對于拓展TZM合金在高溫環境中應用具有非常重要的意義。然而，由于TZM合金和WRe合金的物理、化學性能差異大(如熔點差異大)，使得兩者之間的連接非常困難。目前主要采用熔焊、釬焊、固相擴散連接及瞬間液相連接來實現難熔合金的連接。但這些方法存在許多不足：熔焊容易產生裂紋，而且熔池中形成的新合金，往往具有較強的脆性，導致焊縫抗拉強度不高，難于制得高強度的接頭；固相擴散連接及瞬間液相連接所需溫度高、保溫時間長，導致兩者間的連接耗時、耗能，且容易出現嚴重的再結晶問題，導致材料力學性能大幅下降、工件變形；釬焊雖然連接溫度較低，但由于釬料的熔點普遍較低，因此釬焊不僅難以充分發揮出難熔金屬高溫力學性能優異的長處，而且焊縫在高低溫循環過程中極易開裂，導致氣密性無法滿足實際應用要求，嚴重限制了其應用范圍。

放電等離子燒結技術(Spark Plasma Sintering，SPS)，是近20年發展起來的一種新型的粉末快速燒結技術，多應用于難熔金屬的粉末冶金領域。隨著SPS技術的逐漸發展，人們發現其不但在粉末冶金領域有著傳統方法無法逾越的優點，而且其在焊接領域也有獨特的優勢，能夠實現同種、異種金屬，甚至金屬與陶瓷之間的直接連接。因此，通過實驗摸索，采用SPS技術有望實現對TZM合金與WRe合金之間的可靠氣密連接。

發明內容

針對現有難熔金屬，尤其是TZM合金與WRe合金連接技術的不足之處，本發明的目的在于將放電等離子燒結技術用于難熔合金的固相擴散連接，提供一種添加Ti粉作為活性中間層的TZM和WRe異種合金的連接方法，降低焊接溫度，以避免母合金再結晶的同時促進原子擴散，進而提高焊接接頭的力學性能。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明TZM和WRe異種合金的低溫連接方法，是以Ti粉作為活性中間層，通過放電等離子燒結技術對TZM合金與WRe合金在低于母材的再結晶溫度下進行擴散焊接，從而獲得TZM合金與WRe合金的連接件。具體包括如下步驟：

步驟1、

取待連接的TZM合金和WRe合金，對TZM合金和WRe合金的待連接表面進行預磨、拋光和超聲清洗并真空干燥；

步驟2、

稱量粒徑在30～60μm的Ti粉；

步驟3、

取石墨模具，所述石墨模具包括上壓頭、下壓頭及石墨陰模；