[发明专利]一种钨与热沉材料连接头及其制备方法

说明书

本发明属于材料领域，具体涉及一种钨与热沉材料连接头及其制备方法，连接头，包括钨层、中间层和热沉材料层，钨层材料为纯钨或钨合金，中间层为纯铁箔制成，热沉材料层由钢、铜或CuCrZr合金制成。将纯铁箔经过软化退火处理，钨块、热沉材料和纯铁箔的焊接面打磨处理后清洗，热等静压包套、钨块、热沉材料和纯铁箔放入真空烘烤炉进行烘烤除气，整体进行排气处理后焊接，将包套密封体进行热等静压，保温结束后，冷却至室温。接头焊接完成后能保持很好的蠕变性和应力缓释能力，具有良好的塑性，后续热处理后强度和塑性下降很小，制备方法成本低、工艺简单。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种钨与热沉材料连接头及其制备方法。

背景技术

面向等离子体部件的设计和制备是热核聚变反应装置制造中的一个关键技术。钨及其合金具有高熔点、高热导率、低蒸气压和低溅射腐蚀率，被视为未来托克马克聚变反应堆中最可能全面使用的面对等离子体材料。钨需要与热沉材料连接以达到冷却的目的，而低活化钢是理想的热沉材料的候选材料，因此钨/钢的连接具有实际研究意义和商业价值。要组成一个完整的面向等离子体部件，钨与钢的连接至关重要。由于钨和钢的热导率和熔点差异极大，熔化焊接很难实现两者连接。同时钨与钢的热膨胀系数差异极大，钨/钢连接件在焊接和服役过程中都将面临极大的热应力，从而导致界面裂纹的产生和接头的失效。目前钨与钢或铜焊接主要采用钎焊，但钎焊温度一般都较高(≥1150℃)，钎焊后热应力极大，且母材组织和性能也将恶化。扩散焊特别是热等静压扩散焊能在较低温度下实现材料的连接，因此能有效降低焊接热应力，同时对母材的影响也较小，因此成为钨与钢连接的另一热点研究方向。选用合适的中间层是采用热等静压制备钨/钢接头的关键，中间层的蠕变性可达到减缓热应力的目的，从而提高接头力学性能和抗热疲劳性能(由于聚变堆脉冲的运行方式，热疲劳是面对等离子体部件最常见的失效方式)。

具有较低的屈服强度和较好的塑性的纯金属能起到很好的应力缓释作用，因而常常用作钨与钢扩散焊接的中间层。目前Ni、Cu、V、Ti等纯金属中间层应用于钨/钢热等静压扩散焊接获得了不同强度的接头，但现有技术中主要还存在下述问题：

(1)接头很难同时保障强度和塑性，连接强度高的接头塑性差，塑性好的接头强度低。经后续热处理后，接头连接强度发生明显降低。

(2)目前尚未有人采用纯铁制作钨/钢接头。纯铁是一种常见的纯金属，屈服强度适中，具有良好的塑性，且价格便宜，在钨/钢的焊接中作为中间层具有良好的前景。但Fe与W极易形成多种Fe-W脆性相，其焊接工艺较难控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种钨与热沉材料连接头及其制备方法，能够提高接头的连接强度和塑性变形能力。

本发明的技术方案如下：

一种钨与热沉材料连接头，包括钨层、中间层和热沉材料层，所述的中间层连接钨层和热沉材料层，所述的钨层材料为纯钨或钨合金，中间层为纯铁箔制成，热沉材料层由钢、铜或CuCrZr合金制成。

所述的纯铁箔的中间层厚度在0.1mm-1mm之间。

一种钨与热沉材料连接头制备方法，包括如下步骤：

1)将纯铁箔经过软化退火处理；

2)钨块、热沉材料和纯铁箔的焊接面打磨处理；

3)钨块、热沉材料和纯铁箔进行超声清洗；

4)采用314不锈钢或316不锈钢制备热等静压包套；

5)热等静压包套、钨块、热沉材料和纯铁箔放入真空烘烤炉进行烘烤除气；

6)热沉材料的待连接表面上依次放置纯铁箔和钨块，放入不锈钢包套中，形成包套密封体，进行排气处理后焊接；

7)将包套密封体进行热等静压，保温结束后，冷却至室温。