[發明專利]采用自耗性中間層的互不固溶金屬鉬與銅的擴散連接方法

有效

• 申請號: 202011606207.5
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112605518B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 甘樹德;鄧永強;甘琳巧;高煥方;欒博語;王鴻;羅鑒益
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/16;B23K20/14;B23K20/233;B23K20/24
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李曉兵;李玉盛

本發明公開了一種采用自耗性中間層的互不固溶金屬鉬與銅的擴散連接方法，包括如下步驟：S1，鉬和銅母材的前處理：對鉬和銅母材的待焊接面進行機械或化學處理，以去除母材的待焊接面的表面油污和氧化層，達到連接工藝要求；S2，在鉬和銅母材待焊接面之間制備鈦中間層；S3，將鈦中間層與兩側母材進行擴散連接：將裝配好的鉬?鈦中間層?銅組合構件放入真空爐中，按照工藝要求對鉬或銅施加一定壓力，在工藝要求的溫度、連接狀態下保溫一定時間，促進鈦中間層向兩側母材充分擴散和稀釋，直至鈦中間層在兩側母材的連接界面濃度處于其在兩母材中的固溶度以內，使鉬、銅接頭的強度達到工藝要求。

技術領域

本發明涉及一種金屬連接技術，具體涉及一種采用自耗性中間層的互不固溶金屬鉬與銅的擴散連接方法。

背景技術

金屬鉬及其合金具有高熔點、良好導電率、低濺射侵蝕產量和低線膨脹系數等性能優勢，在核能發電等極端環境中具有極為重要的應用前景。而銅具有優異的熱導率，因而，將鉬/銅連接制成復合材料，則可以充分挖掘兩種材料的性能優勢，大大擴展材料的應用范圍。比如，鉬/銅層狀復合材料是核聚變裝置熱沉材料的首選。

然而鉬/銅之間的連接困難極大。二者物理性能（熔點、線膨脹系數、熱導率等）相差巨大，常規的焊接方法難以實現二者的有效熔合。更為嚴重的是，從物理冶金的角度，鉬/銅二者完全不互溶。二者間即無法通過冶金反應生成金屬間化合物，也無法通過元素擴散生成固溶體，這使得二者的連接極難實現。即便是采用特殊的固態連接方法，如擴散連接或熱等靜壓連接，得到的鉬/銅界面連接強度也較為有限。為克服互不固溶異種金屬界面連接的巨大難題，目前已有一定的研究基礎。文獻[Zhang J., Shen Q et al.,Microstructure and bonding strength of diffusion welding of Mo/Cu joints withNi interlayer. Materials Design, 39 (2012) 81–86]報道了一種采用鎳箔做中間層的鉬/銅擴散連接，其接頭有大量的鎳殘留，這會導致材料性能的改變，比如鎳會帶來鐵磁性。同時，通過相圖分析可以發現，目前尚未有一種金屬能同時實現與Mo和Cu完全互溶，因而常規的采用中間層的擴散連接方法不可避免地會在接頭中引入金屬間化合物的生成。眾所周知金屬間化合物往往呈現出巨大的本征脆性，嚴重惡化接頭力學性能。專利（CN201110008862.5）提出了通過輻照損傷合金化來促進不互溶體系的界面連接。誠然，該法可在一定程度上解決不互溶體系難以擴散的問題，并實現界面冶金連接，但此法嚴重依賴于離子注入技術，工藝繁瑣，成本高昂。專利（CN201310593853.6）提出了一種直接擴散連接Mo/Cu的鍵合方法。具體而言，在擴散連接中，設置連接溫度接近銅母材熔點，保溫時間2小時。通過此法，得到鉬/銅接頭強度可達203 MPa。但一方面，該方法連接溫度過高，接近銅母材熔點，容易導致母材晶粒劇烈長大和性能下降；另一方面，即便在如此高的連接溫度下，接頭界面連接強度仍低于母材強度。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種制作成本低，接頭界面連接強度高，且接頭處不會有中間層殘留的一種采用自耗性中間層的互不固溶金屬鉬與銅的擴散連接方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：