[发明专利]一种Ti/Zr箔连接石墨和钼合金的反应钎焊工艺

说明书

本发明涉及异种材料焊接技术领域，公开了一种Ti/Zr箔连接石墨和钼合金的反应钎焊工艺，包括如下步骤：样品预处理、装配样品与模具以及反应钎焊，先取待焊接的钼合金、Ti箔和Zr箔作为各个样品，对各个样品的待焊接面进行打磨、抛光；将石墨的待焊接面进行沟道加工等步骤。本发明的反应钎焊工艺所得到的钼合金/石墨异种材料的焊接接头，使用钛箔和锆箔共同作为中间层，从而在低于钛和锆熔点的温度产生液相润湿石墨，得到了冶金结合良好的接头。相比较使用纯Ti箔，由于Zr和石墨的反应没有Ti和石墨反应剧烈，故不会产生大量的碳化物脆性相。相比较纯Zr箔，Ti和Mo可以无限固溶，不会产生大量Mo‑Zr金属间化合物等脆性相，提高了钎焊接头的力学性能。

技术领域

本发明涉及异种材料焊接技术领域，尤其涉及一种Ti/Zr箔连接石墨和钼合金的反应钎焊工艺。

背景技术

在现代核能、航空航天和医疗工程中，钼及其合金由于其优异的热力学和力学性能而具有广泛的应用。然而，由于钼合金的高密度、难加工和焊接等缺陷，难以制造复杂的产品。石墨是一种优良且廉价的散热材料，并且具备超高的熔点，在各种温度下具有高导热性和发射率。因此，一些X射线靶血管造影和计算机断层扫描(CT)机中通过将石墨盘钎焊到钼靶上以进行散热，从而提高X射线管的功率，并且石墨密度小，可以有效降低靶盘的质量。在所有的连接方式中，钎焊是制造耐高温接头的最简单方式。

目前，关于石墨和金属的钎焊方式主要有两种：一种是对石墨表面进行金属化预处理，然后使用常规的钎料连接，但是这种方法生产效率低、操作复杂。第二种是使用添加强碳化合物形成元素(Ti、Zr)的钎料连接石墨和钼合金，该方式简单快捷。目前，钎焊连接石墨和钼所用的商业活性钎料，有银铜钛、钛锆铜镍等，但是这些活性钎料熔点低，无法在高温下服役。而一些相关技术中所用钎料都是通过粉末冶金的方法制成，费时费力且成本较高。另一些相关技术中分别使用了Zr箔和Ti箔连接了石墨和钼，但是使用设备为真空热压炉，导致生产效率不高，无法规模化生产，并且钎焊温度在1600℃以上，造成能源浪费。此外还有相关技术使用放电等离子烧结炉连接石墨和钼合金，但是该设备价格昂贵，操作复杂，成本较高。

发明内容

针对现有钼合金和石墨连接技术的不足，本发明目的是提供一种Ti/Zr箔连接石墨和钼合金的反应钎焊工艺，利用Ti元素和Zr元素形成熔点小于等于 1600℃的低共熔固溶体，解决了现有连接技术中单独使用Ti箔和Zr箔钎焊温度过高，损害钼合金力学性能的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种Ti/Zr箔连接石墨和钼合金的反应钎焊工艺，包括如下步骤：

S1：样品预处理，取待焊接的钼合金、Ti箔和Zr箔作为各个样品，对各个样品的待焊接面进行打磨、抛光；将石墨的待焊接面进行沟道加工；将所有样品在有机溶液中超声清洗30min；

S2：装配样品与模具，将经过预处理后的各个样品按照一定的装配顺序放入相同尺寸的石墨模具当中，以防止样品错位；

S3：反应钎焊，先将装配有样品的石墨模具放入气压烧结炉的炉腔当中，抽真空使炉腔内的压力低于1×10^-3pa后充入高纯氩气到使炉腔内维持一定压力；

再从20℃以50℃/min的速率使炉腔内升到1000℃，保温20min，使炉腔内温度均匀，防止温度梯度的发生；

然后以10℃/min的速率使炉腔内升到焊接温度，保温一定时间；

最后以10℃/min的速率使炉腔内降温到1000℃后随炉冷却到室温，即完成钼合金和石墨的接触反应钎焊。

作为上述方案的进一步改进，所述的步骤S1中，所述石墨的焊接面通过车床加工出三角形沟槽。

作为上述方案的进一步改进，所述的步骤S1中，所述Ti箔厚度为50-100um，纯度≥99.9％。