[发明专利]一种钛铜异质金属接头焊接方法

说明书

本发明公开了一种钛铜异质金属接头焊接方法，属于金属材料界面焊接工艺领域。该方法是在钛材料与铜材料间加入中间层焊料，中间层焊料与钛材料结合界面为界面1，中间层焊料与铜材料结合界面为界面2，焊接热源焦点位于中间层焊料，焊接过程中保证焊接热源产生的热量传导到界面1时，其产生的温度高于钛的熔点，热量传导到界面2时，其产生的温度高于中间层焊料与铜的共晶温度，且界面1与界面2之间存在未熔化焊料层，中间层焊料是一种与熔化的钛材料和/或铜材料不产生金属间化合物的金属材料。该焊接方法避免钛铜金属间化合物的形成，可以同时形成钛‑铌和铜‑铌两个熔钎焊焊缝，得到的钛铜异质金属接头抗拉强度达到200‑240MPa，延伸率30‑40％，且不会在焊接界面形成断裂。

技术领域

本发明属于金属材料界面焊接工艺领域，具体而言，涉及一种钛材料与铜材料构成的异质金属接头焊接方法。

背景技术

钛及钛合金具有轻质高强、良好的耐腐蚀、优良的高温性能及生物相容性等特点，被广泛的应用于航空航天、石油化工、生物医学等领域。铜及铜合金通常具有优良的导电、导热性能，良好的冷、热加工性能，高的抗氧化性及有机化学物质腐蚀的性能，在电气、电子、动力、化工等工业部门中应用广泛。Ti/Cu异种金属的优质高强连接，可以满足一些特殊构件的减重性和功能性要求，具有广阔的应用前景。但是Ti与Cu的物理化学性质差异巨大，焊接时易形成Ti-Cu系金属间化合物，严重降低接头的力学性能。现有的激光焊连接方法，如采取光束偏移或完全熔化中间层的方法，均无法避免焊缝中Ti-Cu系金属间化合物的产生，这已成为制约Ti/Cu异种金属结构广泛使用的主要技术瓶颈。因此，研究开发Ti/Cu异种金属连接技术具有重要的技术工程意义和广阔的应用前景。

现有专利201610391373.5《一种低温连接高温使用Cu/Sn/Cu钎焊界面的制备方法及结构》公开了以两层Sn作为Cu的中间层，施加压力，同时在一定温度下形成Cu-Sn金属间化合物，但是在《Cu-Sn界面上金属间化合物生长的抑制》(任峰高苏张启运金属学报2002年7月)一文中，公开了Cu-Sn界面形成η相(Cu₆Sn₅)微晶，并扩散至覆锡层表面，导致可焊性大幅度下降，并说明必须抑制Cu向Sn中的溶解和扩散，而加厚Sn层不能有效解决该难题，因此该专利在钎焊界面会形成Cu-Sn金属间化合物，这对材料的可焊性会产生不利影响。

专利201410449257.5《镍钛形状记忆合金与铜合金的异种材料连接方法及其夹具》公开了镍钛合金直接与铜合金焊接，通过对铜母材进行加热，利用铜合金流动性的特点实现铜合金与记忆合金的有效连接，并且需要在焊后对材料进行热处理，调节焊缝组织形貌和晶粒尺寸，由于铜会与其它元素互溶，可能会形成金属间化合物，降低镍钛合金与铜合金焊接处力学性能。

专利201610821139.1《一种钛铜层状电极复合材料的快速制备方法》公开了在钛箔与铜箔之间复合铝箔，通过超声固结将其压合，进而作为电极材料，由于是对材料厚度方向进行压合，且各层材料厚度极小，都小于0.2mm，根据该专利公开的附图可知，不存在各层材料的互溶，因此各层分界较明显，通过该方式得到的电极材料界面牢固性低于焊接方式，存在结合界面不牢固的缺陷。

专利201310428292.4《喷射沉积法制备钛包铜层状复合电极板的方法》公开了通过喷射沉积的方法在钛或铜板上沉积一层铜或钛，由于是铜直接与钛复合，易形成Ti-Cu系金属间化合物，存在界面结合强度不高的缺陷。