[发明专利]一种钨箔爆炸焊接的方法

说明书

本发明公开了一种钨箔爆炸焊接的方法，该方法包括：通过爆炸焊接的方式提供了一种可在常温下大气环境下(即不需要加热材料或水下环境也可实现钨的爆炸焊接，但也兼容可配合使用)实现，避免常规爆炸焊接时瞬时产生的高温和冲击力对覆板(钨箔)的损坏，保护板有效地防止了钨箔发生断裂和烧蚀，实现了覆板(5)与金属基板的紧密的冶金结合。本发明通过覆板(5)与保护板(3)通过粘接材料(4)粘接固定后爆炸焊接的方式，实现了覆板与金属基板间致密的冶金结合且工艺过程没有高温的影响，同时有效地防止了覆板和基板发生断裂和表面损伤，保持钨包覆复合板材整体完整和表面质量。

技术领域

本发明涉及钨箔与其他金属的复合，涉及爆炸焊接技术领域，具体涉及一种钨箔爆炸焊接的方法。

背景技术

钨的包覆材料被用做高压输电触点，火箭喷嘴部件以及核聚变反应堆中。钨具有出色的其高的高温机械性能和在辐照下优异的物理性能，可以与其他金属的性能结合互补。如，铜具有出色的导电性和导热性能，在国际热核实验反应堆托卡马克核聚变装置的(ITER)中，钨与铜的组合被认为是面向等离子体的材料(PFM)中组件的最有前途的候选者。然而，钨的熔点(大约3400℃)远大于其他金属材料的熔点(例如，铜大约1083℃)，且两者之间物理性质存在较大差异，因此制造致密的钨包覆材料仍是一项挑战。

钨是用于等离子装甲，结构应用和屏蔽组件的候选材料。钨具有高熔点(3695K)，高溅射阈值，高导热率和低腐蚀速率的优点。但是，其固有的脆性是限制此类应用的核心问题。显然，基于钨的复合材料的性能取决于连接技术。然而，由于传统钨的复合制造工艺界面的弱结合强度和高温对材料性能的破坏，使得钨复合材料的结合强度相对较低。通过爆炸焊接制造的钨覆层材料，波状结合界面的产生，因此爆炸焊接的钨复合材料的界面结合强度相对较高。

目前，钨的包覆材料制造正在通过不同的工艺被尝试。对于使用热的连接方法，温度不应过高，但传统工艺过程中的高温会改变材料的性质。此外由于熔点的差异等，钨与其他金属难以通过常规方式焊接。其他工艺使用的中间层的元素的引入可能会对辐照性能造成损害。

众所周知，可以通过调整材料性质来增强复合材料的性能。根据钨箔的特性，开发了通过钨箔爆炸焊接包覆的复合材料，以进一步提高钨覆层的性能，克服传统工艺低质量的缺点。由于钨具有较低的脆性转变温度并且常温下断裂韧性很低，因此在常温环境下制备致密的钨涂层复合材料是一项挑战。由于冷轧对影响微结构，钨箔具有较小的晶粒，且活动边缘位错数量大以及表面上位错效应的“箔效应”使得脆性转变温度被移位到较低的温度，使得钨箔在室温下在拉伸和弯曲试验中具有高于钨板延展性。此外，通过钨箔制备的钨涂层，由于具有较小的晶粒，在辐照下可能会表现更好。

爆炸焊接是一种固态过程，冶金结合界面在爆炸加速的覆板的冲击基板的高压下产生。不同的参数会影响爆炸焊接的质量，例如炸药类型，爆炸比率(爆炸物与覆板质量之间的比例)和隔离距离。许多双金属材料已经被通过爆炸焊接制成，如，钛/钢，钛/铝，铝/镁等，爆炸焊接所制造的复合结构的机械性能往往优于传统的焊接工艺。因此，爆炸焊接技术具有有效地结合钨与铜作为面向等离子体材料的潜力，同时工艺过程中不需要加热钨使其软化，因此不会有热效应对材料基体产生影响。

爆炸焊接制备钨涂层仅有少量研究进行，基本上是基于水下爆炸焊接工艺来制备钨涂层，装置往往较为复杂。在空气中的常温爆炸焊接工艺制备无损的钨涂层曾被认为是不可行的。爆炸焊接通常在露天环境中进行。但是Manikandan等人(2011年)报道，由于钨的脆性，传统爆炸焊接方法不适合将钨与铜爆炸复合。据Iyama等人(2001年)传统的爆炸焊接总是给材料的焊接带来问题，特别是对于薄金属板(厚度小于1毫米)以及脆性材料。Sun等人(2014年)指出，使用传统的空气爆炸焊接，界面处的爆炸力和高温会破坏薄箔。目前关于钨箔爆炸焊接成功的报道，仅有Manikandan等人(2011年)和Parchuri等人(2020年)使用水下爆炸焊接方法将薄钨箔焊接到铜板上。然而，在常温大气环境下通过爆炸焊接成功制备钨涂层未有报道，在空气中的常温爆炸焊接工艺制备无损的钨涂层曾被认为是不可行的。

发明内容