[發明專利]一種石墨和鈦合金的接頭及其制備方法

有效

• 申請號: 202010250654.5
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111531264B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 毛樣武;馬昕劍
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/22;B23K20/24;B23K20/26;B23K103/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 姜展志

本發明公開了一種石墨和鈦合金的接頭及其制備方法，其中，所述石墨和鈦合金的接頭，將石墨塊和鈦合金塊由Cu箔、Ti箔和Cu箔連接形成三層結構的連接層連接，其中，所述連接層兩端的Cu箔分別用于與石墨塊和鈦合金塊連接。其中采用由Cu箔、Ti箔和Cu箔組成的連接層瞬間液相連接石墨塊與鈦合金塊，由于Ti與Cu存在共晶，當連接溫度達到Ti與Cu的共晶點后，Ti箔與Cu箔的接觸面會先熔化形成液相，隨著保溫時間的延長，Ti與Cu之間的元素互相擴散，連接層會完全熔化，最終液相化的連接層逐漸凝固使得石墨塊與鈦合金塊成功連接。

技術領域

本發明屬于異種材料的連接技術領域，尤其涉及一種石墨和鈦合金的接頭及其制備方法。

背景技術

石墨由于具有高熔點、高強度、導電傳熱、抗熱震性、耐腐蝕性及潤滑性能好等優點，使其在冶金、化工、電子、電器、機械、核能和航空航天工業等領域獲得了廣泛的應用。鈦合金(Ti-6Al-4V)具有低密度、高強度及極佳的耐腐蝕性，因而在航空航天、核能發電和化工制造等領域有著廣泛的應用。為了充分發揮石墨與鈦合金各自的優勢，往往將石墨與鈦合金連接起來使用，但目前石墨和鈦合金連接難度大，且連接界面質地不均勻。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的之一在于提供一種石墨和鈦合金的接頭。

為了實現上述目的，本發明技術方案如下：一種石墨和鈦合金的接頭，包括由Cu箔、Ti箔和Cu箔連接形成的三層結構的連接層，其中，所述連接層兩端的Cu箔分別用于與石墨塊和鈦合金塊連接。

上述技術方案中所述的Ti箔和Cu箔的純度均為99％。

上述技術方案中所述的Ti箔和Cu箔的厚度分別為30-80μm。

本發明的目的之二在于提供一種如上所述石墨和鈦合金的接頭的制備方法，其步驟如下：

步驟1，對石墨塊和鈦合金塊待連接端面以及Cu箔和Ti箔表面進行預處理，預處理完成后待用；

步驟2，將經步驟1表面預處理后的Cu箔、Ti箔和Cu箔疊合成三層結構并夾設于經步驟1表面預處理后的石墨塊和鈦合金塊之間，再將其整體置于真空爐中加熱至930-980℃，并保溫10-60min，加熱完成后隨爐冷卻至室溫即得到石墨和鈦合金接頭。

上述技術方案中所述步驟1中石墨塊、鈦合金塊、Cu箔和Ti箔的表面預處理是分別對石墨塊、鈦合金塊、Cu箔和Ti箔表面進行打磨處理，并放入酒精中超聲清洗15min，然后烘干即可。

上述技術方案中所述步驟2中真空爐內的真空度低于1×10^-2Pa。

上述技術方案中所述步驟2中石墨塊、鈦合金塊和連接層之間的夾緊時的壓力為8-12kPa。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于，采用由Cu箔、Ti箔和Cu箔組成的連接層瞬間液相連接石墨塊與鈦合金塊，由于Ti與Cu存在共晶，當連接溫度達到Ti與Cu的共晶點后，Ti箔與Cu箔的接觸面會先熔化形成液相，隨著保溫時間的延長，Ti與Cu之間的元素互相擴散，連接層會完全熔化，最終液相化的連接層逐漸凝固使得石墨塊與鈦合金塊成功連接。同時本石墨和鈦合金的接頭制備方法簡單，易于實施，原料成本低廉；同時該石墨和鈦合金的接頭的連接層均勻致密，接頭界面結合良好，無裂紋及孔隙等缺陷；該石墨和鈦合金的接頭的剪切強度可達18MPa，超過了石墨塊自身的剪切強度。

附圖說明

圖1是本發明實施例中石墨和鈦合金的接頭的結構示意圖；

圖2是本發明實施例1中石墨和鈦合金的接頭界面區域的微觀形貌圖；

圖3是本發明實施例2中石墨和鈦合金的接頭界面區域的XRD圖譜。

具體實施方式