[发明专利]一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法

说明书

本发明属于连接方法，具体涉及一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法。它包括：步骤一：确定过渡层材料；根据母材和过渡层材料性质，确定过渡层材料，焊接结构位；步骤二：打磨和清洗；将过渡层材料和母材进行打磨和超声清洗，对母材表面进行金属沉积；步骤三：清洗和装配；母材钨合金进行打磨和超声清洗并风干，采用工装把钒箔带和磁控溅射后的低活化钢样品，以及钨合金按照钨合金/钒箔带/铬涂层/低活化钢的顺序自上而下组装样品，并置于真空热压炉中；步骤四：真空热压烧结；对步骤三的产品进行真空热压烧结。本发明的显著效果是：解决钨和低活化钢之间热膨胀系数差异；避免在钨和低活化钢之间生成金属间化合物。

技术领域

本发明属于连接方法，具体涉及一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法。

背景技术

未来聚变堆的面向等离子体部件通常由面向等离子体材料和热沉材料或结构材料组成，应用于装置的偏滤器和第一壁，承受高通量的等离子体和14MeV的中子辐照和巨大的热负荷。在氦冷偏滤器的概念设计中，钨由于具有低活性、高熔点、高热导率、低蒸气压、低物理溅射率、低氚滞留量等优点被选为面向等离子体材料的首选；而低活化钢则作为了结构材料，两者构成的面向等离子体部件发挥着排出来自等离子体中的热流以及聚变反应所产生的氦灰和杂质粒子，减少对中心等离子体的污染，维持良好的聚变真空环境等功能。若这些粒子及热通量不及时排除，等离子体的浓度和聚变反应的效率就会下降，造成等离子体的能量损失，严重时会损害聚变装置，因此面向等离子体部件需要钨合金与低活化钢进行很好的冶金金结合。

W与RAFM钢的主要的连接困难在于：(1)熔点(钨熔点约为3400℃，低活化钢熔点约为1500℃)相差巨大，通过普通的熔化焊很难实现直接连接；(2)热膨胀系数差异大，对于钨为：4.5×10^-6K^-1，RAFM钢为12～14×10^-6K^-1，室温时W的热膨胀系数仅为低活化钢的0.4，而弹性模量为低活化钢的2倍，两者直接连接时，会在接头处产生较大的残余应力，焊接接头很容易在后续工况下受到循环的热通量而产生高的热应力，从而造成接头断裂失效；(3)焊料材料选择：由于未来聚变堆环境中偏滤器运行时处于聚变中子的环境中，像铌、镍、钼、铝和铜等高中子活性元素应该排除，而应选择低中子活化要求的元素；因此，在钨合金与低活化钢进行连接时，必须对其连接界面进行设计。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对钨合金与金属低活化钢连接时，存在的两者间两者膨胀系数、弹性模量差别大以及脆性组织等问题，提供一种低活化钢和钨全固溶体接头及其连接方法。

本发明是这样实现的：一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法，包括下述步骤：

步骤一：确定过渡层材料

根据母材和过渡层材料性质，确定过渡层材料，焊接结构位；

步骤二：打磨和清洗

将过渡层材料和母材进行打磨和超声清洗，对母材表面进行金属沉积；

步骤三：清洗和装配

母材钨合金进行打磨和超声清洗并风干，采用工装把钒箔带和磁控溅射后的低活化钢样品，以及钨合金按照钨合金/钒箔带/铬涂层/低活化钢的顺序自上而下组装样品，并置于真空热压炉中；

步骤四：真空热压烧结

对步骤三的产品进行真空热压烧结。

如上所述的一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法，其中，所述的步骤二中的母材表面金属沉积，使用的是磁控溅射方式进行的。

如上所述的一种低活化钢和钨全固溶体接头的制备方法，其中，所述的磁控溅射方式，是在真空度为5×10^-3Pa条件下进行的。