[发明专利]钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异种金属钨合金与钽合金的焊接方法，特别适合钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法。

背景技术

高密度钨合金具有密度大，强度高、延展性好、机械加工性能好、线膨胀系数小、热导率大、抗氧化和抗腐蚀性能好、焊接性好等一系列优异的性能。这些优异的性能使其在尖端科技领域、军事和民用工业中得到了广泛的应用，例如平衡配重元件、惯用元件、射线屏蔽材料等。其中，高密度钨合金刚性较好，形状容易保持，是理想的核燃料贮存器与防辐射的屏蔽材料。同时，W-Ni-Fe合金具有一系列优异的性能，如熔点高、良好的冲击韧性、高塑性和低屈服强度，可以用来制造一种薄壁形大链套壳体，作为原子能爆炸使用的功能复合材料，保证仪器的正常工作。

钽合金具有高密度、高熔点、耐蚀、优异的高温强度、良好的加工性、可焊性及低的塑/脆转变温度、优异的动态力学性能及表面形成致密、稳定、高介电常数的无定形氧化膜等特点，被广泛应用于电子、化工、航天航空、武器等领域。因此为了更加充分地发挥高密度钨合金以及钽合金的各自优势，使其在高科技领域如航天航空、动高压物理、核聚变、武器等领域中有着重要的应用，需采用有效的焊接技术，获得高品质的高密度钨合金与钽合金异种金属材料的焊接接头。

钨合金和钽合金的直接焊接接头处存在缺陷导致抗腐蚀性能低，降低材料使用寿命；进一步提高焊接温度后，提高了焊接强度，但由于W与Ta的再结晶和晶粒粗化降低了材料的断裂韧性。而焊接温度的降低又会导致焊接强度的降低；同时，Ta在加热到200℃开始会发生氧化，500℃以上迅速氧化，并且有吸收氢、氧、氮的特点，而少量的气体杂质对它的组织结构和机械性能会产生强烈的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法，以克服现有技术钨合金与钽合金直接焊接的不足，实现钨合金与钽合金之间在较低温度下的高强度连接，特别适用于钨合金薄板与钽合金薄板的低温扩散焊接。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法，其包括以下步骤：

（1）工件表面清理步骤：

采用平面磨的机械方法将钽合金片、钨合金片加工到规定的几何尺寸，用砂纸打磨它们和中间层-镍箔的待焊面，以除去氧化层，并且用丙酮超声清洗干净；

（2）工件组装步骤：

按照自下而上顺序组装，在WC硬质合金下压头上放置石墨阻焊层，钽合金片放置于石墨阻焊层上，然后放置镍箔，在镍箔上放置钨合金片，在钨合金片上放置起阻焊作用的石墨阻焊层，往上是WC硬质合金上压头，并套上WC硬质合金外套，形成组装好的待焊接工件；

（3）真空扩散焊接步骤：

将待焊接工件放在真空扩散焊接炉的石墨下压头上面，置于真空扩散焊接炉内的石墨上压头和石墨下压头之间，关闭真空室门，抽真空；当真空度不低于4.0×10^-3Pa时，开始加热，加热至810℃～930℃，保温10min～90min，在保温开始前对被焊接工件施加5MPa～30MPa轴向压力，保温结束之后完全卸除压力；随炉冷却，得到钨钽焊接体。

在上述工件表面清理步骤中，所述钽合金片、钨合金片加工后的平行度优于0.05mm，用粒度1000#、1200＃和05、06号金相砂纸逐级打磨光滑，除去氧化层，用丙酮超声清洗1min～10min后转入丙酮中存放。

所述钽合金片为TA1或TA2工业纯钽；所述钨合金片为93W-4.9Ni-2.1Fe钨合金。

在上述工件表面清理步骤中，所加镍箔用05、06号金相砂纸逐级打磨光滑，除去氧化层，用丙酮超声清洗1 min～10min，然后转入丙酮中存放。

所述镍箔的厚度为5μm ~38μm，纯度≥99%。

在上述真空扩散焊接步骤中，加热时， 先按5℃～10℃/min的升温速率升温至710℃～800℃，然后以2℃～5℃/min的升温速率升至810℃～930℃。

本发明制备的钨钽焊接体用于动高压物理或核聚变等领域。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

可以实现钨合金与钽合金的高强度连接，平行度、平面度优于0.05mm，界面连接紧密，焊件平面性好，平行精度高，特别适用于钽合金薄板与钨合金薄板的扩散焊接。由于焊接温度低，且压力不高，而且采用真空扩散焊接方法，因此本发明操作简便、成本低、适用性强、便于推广应用。