[发明专利]用于钎焊W‑Cu复合材料与Fe基合金的钎料及方法和钎焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钎焊W-Cu复合材料与Fe基合金的钎料及方法和钎焊工艺，属于异质材料焊接技术领域。

背景技术

W-Cu复合材料综合了W和Cu的诸多优点，具有高强度、硬度，良好的导电导热性能、低的热膨胀系数，良好的耐电弧腐蚀性、耐高温氧化性、抗熔焊性及尺寸稳定性等优点。在航空航天、汽车工业、机械、能源、电子以及军事国防领域得到广泛的应用。W-Cu复合材料不仅作为耐高温连接件、散热基件、热沉材料和触头材料，还作为火箭、导弹尾喷管的喉衬、喷嘴、燃气舵等高温部件。Fe基粉末合金具有优异的强韧性、硬度、耐磨性能，以及拥有良好的高温稳定性能，同样运用于重要的工业领域。为了进一步发挥W-Cu复合材料和Fe基粉末合金的优越性能，弥补其弱势缺陷；W-Cu复合材料与Fe基粉末合金连接成复合件，既可以充分发挥W-Cu复合材料的优良特征，又能展现Fe基粉末合金的优异性能，提高了连接构件的整体性能，具有重大的实用价值。

W-Cu复合材料与Fe基粉末合金连接时，因物理化学性能的差异，易出现焊合区晶粒粗大、组织脆化、残余应力等现象，导致接头断裂倾向增大。焊缝金属力学性能降低，严重影响了两者之间的连接性能以及整体构件的使用性能；此外，W-Cu复合材料对气体杂质敏感性较大，以及易出现脆化物相和微孔，严重影响接头的气密性及承载能力。因此，W-Cu复合材料与Fe基粉末合金焊接时，组织结构变化、气体杂质污染、应力集中等问题导致连接接头性能失效，是W-Cu复合材料与Fe基粉末合金焊接面临的主要问题。

对于W-Cu复合材料与异种合金材料连接而言，钎焊特别是真空钎焊方法适合性更好。寻找一种性能优良和性价比高的填充材料，制定合理的焊接工艺是实现W-Cu复合材料与Fe基粉末合金异种材料连接的关键。目前，尚未看到W-Cu复合材料与Fe基粉末合金连接技术的相关报道。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种用于钎焊W-Cu复合材料与Fe基合金的钎料及方法和钎焊工艺，钎料熔化温度适中，钎料熔化均匀，提高了接头的力学性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于钎焊W-Cu复合材料与Fe基粉末合金的钎料，所选钎料为箔片带状，厚度为50～100μm，钎料以重量百分比计的元素成分包括：Mn6.0％～9.0％，Co3.5％～5％，Ni0.3％～1.7％，Zr2.0％～5.0％，Ti1.2％～2.8％，余量为Cu。

作为优选，所述钎料以重量百分比计的元素成分包括：Mn7.0％～9.0％，Co3.5％～4.5％，Ni0.5％～1.5％，Zr2.5％～4.5％，Ti1.5％～2.5％，余量为Cu。

作为优选，所述钎料以重量百分比计的元素成分包括：Mn8.0％、Co4.0％、Ni1.0％、Zr3.5％、Ti2.0％，其余为Cu。

一种上述的用于钎焊W-Cu复合材料与Fe基粉末合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比称取高纯度的Mn片、Co颗粒、Ni颗粒、Zr颗粒、Ti颗粒和Cu颗粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在18-23℃的温度下进行超声清洗15～20min；

2)将步骤(1)超声清洗后的混合物在30～50℃的温度下烘干，得到干燥的混合物；

3)将步骤(2)的混合物Mn、Co、Ni、Zr、Ti、和Cu采用真空感应熔炼的方法制备成分均匀的钎料母合金，将制备出的母合金碾碎后，装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内；

4)将石英玻璃管夹装在甩带机的电感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整为150～200μm；

5)关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10^-3Pa，然后采用分子泵抽高真空，高真空度不低于9×10^-5Pa，然后腔体充满高纯Ar气至200～230mbar；

6)开启电机，使铜辊转速u_s在28～33m/s的范围内，再开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，保温过热熔体60s～80s；

7)将Ar气气压调制P＝30～60KPa，用高压氩气将石英玻璃内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属受到急冷而成箔带状，从而得到钎料箔片带，厚度为50～100μm。

作为优选，所述步骤(3)中石英玻璃管喷嘴呈长方形，其长度为8～10mm，宽度为0.8～1.2mm。

作为优选，所述步骤(6)中铜辊直径为250mm，铜辊宽度为50mm。