[發(fā)明專利]一種鎢與鉬異種難熔金屬的SPS燒結連接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810171531.5
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108262483B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 張久興;黃昊;許兵;高思遠;楊新宇;吳曉剛
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: B22F7/06
• 分類號: B22F7/06;B22F3/14;B22F3/105
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種鎢與鉬異種難熔金屬的SPS燒結連接方法，其是以塊狀鎢為基體，通過SPS技術將基體與鉬粉進行燒結連接，從而獲得鎢與鉬異種難熔金屬的連接件。通過本發(fā)明的連接方法可在鎢基體上將鉬粉末燒結致密的同時，實現鎢與鉬金屬的燒結連接，得到強度高、成型好的連接件，接頭室溫剪切強度可達152.9MPa。

技術領域

本發(fā)明涉及一種異種難熔金屬的燒結連接方法，尤其涉及一種鎢與鉬異種難熔金屬的燒結連接方法。

背景技術

鎢具有高熔點、高密度、高硬度、低熱膨脹系數、優(yōu)異的導電導熱和電子發(fā)射等性能，已成為醫(yī)療領域、武器裝備、航空航天、原子能、微電子信息、電氣工程、機械加工等高技術領域的關鍵材料，如：在兵器領域，可用于超高速動能穿甲彈；在核聚變領域，可用于聚變堆托克馬克裝置中的面向等離子體材料；在醫(yī)療領域，可用于CT機旋轉靶材。

鉬具有高的力學性能、良好的抗腐蝕性能和可加工性能，在醫(yī)療、航空、航天、核能等領域得到了廣泛應用，如：可用于航天器的散熱面板、火箭發(fā)動機的噴嘴、魚雷發(fā)動機中承受高溫的配氣閥體、無縫不銹鋼的穿孔頂頭、高溫爐的爐壁和熱等靜壓機的隔熱屏以及電子管部件和靶材等。

將鎢與鉬異種難熔金屬有效連接，是拓展難熔金屬在醫(yī)療器械、航空航天、核能等領域中應用的關鍵。然而，由于這兩種材料的熔點和力學性能差異大，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金屬及其合金的連接。但這些方法存在許多不足：難于制得高結合強度的接頭；對金屬件表面的光潔度及設備真空度要求很高；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，容易產生再結晶脆性；熔焊容易產生裂紋；釬焊雖然連接溫度較低，但由于釬料的熔點普遍較低，因此釬焊難于制得能在高溫下使用的接頭。

放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering，SPS)技術是利用強脈沖直流電流流經粉末或模具產生焦耳熱而對粉末進行快速固結成形的一種新方法。近年來，該方法開始被用于焊接領域，能夠實現同種材料(合金與合金、陶瓷與陶瓷)和異種材料(合金與陶瓷)的連接。與傳統(tǒng)的固相擴散焊接相比，SPS固相擴散焊接的優(yōu)勢不僅僅是加熱速率快、能耗低，尤為重要的是SPS在傳統(tǒng)固相擴散焊接所需的溫度場和應力場的基礎上引入了電場。在電場的作用下，電遷移效應可加速物質擴散。因此，通過合理設置條件，采用SPS技術有望在較低溫度和較短時間內實現對鎢與鉬異種難熔金屬的有效連接。

發(fā)明內容

針對現有鎢與鉬金屬連接技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于將SPS技術應用于難熔金屬的固態(tài)擴散連接，提供一種鎢與鉬異種難熔金屬的快速高效連接方法。

本發(fā)明為實現目的，采用如下技術方案：

本發(fā)明鎢與鉬異種難熔金屬的SPS燒結連接方法，其特點在于：是以塊狀鎢為基體，通過SPS技術將基體與鉬粉進行燒結連接，從而獲得鎢與鉬異種難熔金屬的連接件。具體包括如下步驟：

步驟1、

將鎢粉球磨后，裝入模具并預壓，然后放入放電等離子燒結系統(tǒng)的爐膛中進行燒結，獲得燒結態(tài)圓片狀塊狀鎢；

將所述塊狀鎢的兩個表面進行預磨、拋光和超聲清洗，然后放入真空干燥箱內干燥；

步驟2、

取石墨模具，所述石墨模具包括上壓頭、下壓頭及石墨陰模；

將步驟1處理后的塊狀鎢與鉬粉自下而上依次放入石墨陰模中，然后用上壓頭和下壓頭壓緊，同時使上、下壓頭露出石墨陰模的長度一致；

步驟3、

將裝有待燒結樣品的石墨模具置于放電等離子燒結系統(tǒng)的爐膛中，抽真空至不高于10Pa，然后通入直流脈沖電流，對鎢與鉬異種難熔金屬進行燒結連接，燒結連接工藝為：