一種用于釬焊鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊材料及其釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于異質材料焊接技術領域，具體涉及一種鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊材料及其釬焊方法。
【背景技術】
[0002]鎢銅合金兼合鎢和銅的優異性能，不僅具有高的導熱導電率和低的熱膨脹系數，還表現出良好的高溫強度、抗熱震性和耐燒蝕性及尺寸穩定性等，常被用作耐高溫連接件、散熱基件、熱沉材料及觸頭材料。鎢銅合金作為觸頭材料在實際使用中，常常又需要與導電性更好的銅或銅合金連成一體來使用，這就要求連接部位不僅要有良好的導熱導電性，還要有較高的連接強度。關于鎢銅合金與銅或銅合金的連接方法，目前主要有燒結法，焊接，螺紋連接等。中國專利101009165公開了一種連接鎢銅合金與銅尾整體電觸頭的制備方法:采用在鎢銅合金與銅或銅合金銅尾之間增加鎢銅合金材質過渡層的燒結方法實現其整體連接，該專利方法采用采用金屬粉末加壓預成型、然后高溫燒結的工藝，工藝復雜、且對設備要求高，未涉及已成型鎢銅合金零件的連接，與本發明提供的方法有本質不同。中國專利104588809A公開了一種鎢銅或鎢鋼和黃銅高頻焊接的方法:采用釬焊材料為Cu44.12%?56.45%，Til0%?15%，Mg0.05?0.08%、Agl8?20%，Mnl5%?20%，S1.5%?0.8%，Cu、T1、Mg、Ag、Mn、Si的含量之和為100%的薄帶銅基釬料進行焊接，該專利方法采用的釬焊材料含有貴金屬銀，釬料成本高，且釬料內含有Mg元素，會對真空釬焊設備造成污染，所獲得的鎢銅與黃銅的接頭強度在180?186MPa。
[0003]本發明提供一種鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊方法，相比于上述兩項發明，本發明具有工藝簡單，釬料成本低，連接強度高，適用范圍廣等優勢。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊材料及其釬焊方法。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種用于釬焊鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊材料，所述的高溫釬焊材料按重量百分比計由以下組分組成:Mn8.0%?12.0%，Co2.0%?4.5%，Ni2.0%?4.0%，Zr2.5%?4.5%，余量為Cu。
[0006]進一步地，所述高溫釬焊材料為箔片狀。
[0007]進一步地，所述高溫釬焊材料厚度為60?150μπι。
[0008]上述的用于釬焊鎢銅合金與銅或銅合金的高溫釬焊方法，所述高溫釬焊方法包括以下步驟:
[0009](I)準備階段:對待焊的鎢銅合金、銅或銅合金試樣端面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W40?W7號金相砂紙進行研磨光滑，利用W7號金相砂紙將釬料箔片雙面進行研磨光滑，研磨后將待焊試樣及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗15?20min，并進行烘干處理；
[0010](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鎢銅合金與銅或銅合金待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，確保連接的精度，在夾具上放置額定質量的壓頭，產生0.05?0.08MPa的恒定垂直壓力；
[0011](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于I X 10—3Pa的釬焊設備中，首先以8?12°C/min的速率升溫至300?350°C，保溫15?20min，再以5?8°C/min的速率升溫至700?850°C，保溫時間15?20min，再以6?10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度960?1050°C，保溫時間20?40min，再以10?15°C/min的速率冷卻至800?850°C，保溫時間10?15min，再以5?8°C/min的速率冷卻至400?450°C，最后隨爐冷卻至室溫，完成焊接;釬焊過程中采用多臺階逐漸升溫的方法，可以有效緩解鎢銅合金與銅及銅合金異種材料連接時，因熱膨脹系數及導熱系數等熱物理性能及連接件形狀造成的應力集中，提高接頭的力學性能。
[0012]本發明提供的釬焊材料，通過合理添加多種合金元素使釬料具有良好的釬焊工藝性能，耐熱耐腐蝕性能和加工性能，滿足鎢銅合金與銅或銅合金釬焊接頭在復雜環境中的性能要求。其中加入適量的Mn元素一是可以通過固溶作用提高釬焊接頭的性能，二是Mn的加入在一定程度上也能提高接頭的耐高溫性能;加入適量的Co元素既可以避免在釬料中生成新相，又能改變相組成物質的形態，對特定相的細化作用很明顯；加入適量的Ni元素可以提高接頭的耐熱耐腐蝕性和高溫強度;加入適量Zr元素有利于降低釬料熔點，提高合金流動性；同時大量的Cu兀素有利于提尚奸料對母材的潤濕性和固溶能力，提尚合金奸料的塑性和強度。
[0013]本發明提供的釬焊工藝是采用先將鎢銅合金與銅或銅合金以對接的方式放入專門的釬焊夾具中，再將樣品和夾具一同放入真空爐完成釬焊，高真空環境配合合理的工藝參數設定，使得整個構件無變形，無微觀裂紋、氣孔和夾雜等缺陷，有助于獲得力學性能良好的釬焊接頭。
[0014]有益效果:本發明相對于現有技術而言，具有以下優點:
[0015](I)本發明提供的銅基釬料釬焊溫度在960°C?1050°C，釬料熔化溫度適中，釬料熔化均勻，通過組分含量之間的相互有益作用，使得釬料對母材具有良好的潤濕性和鋪展性，獲得的釬焊接頭強度高，耐蝕性好，完全能應用于復雜環境中，是一種綜合性能良好的經濟型釬料。
[0016](2)本發明設計的釬焊工藝簡單合理，采用真空爐中釬焊方法，釬焊過程無須添加釬劑及其他保護措施，高真空環境配合合理的工藝參數設定，使得整個構件無變形，無微觀裂紋、氣孔和夾雜等缺陷，有助于獲得力學性能良好的釬焊接頭。
[0017](3)本發明提供的銅基釬料具有優異常溫和高溫性能，能與母材充分發生固溶冶金反應，配合使用本發明簡單實用的釬焊工藝最終能獲得綜合性能良好的連接接頭。
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1的釬焊結構件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]選擇媽銅合金與紫銅進行對接接頭真空釬焊。其中媽銅合金與紫銅試樣尺寸均為20_X 20_X 5_，待奸焊面為20_X 5mm截面。
[0021]釬料的成分及質量百分比配比為:11110.0%，(:03.0%，祖3.5%，2^.5%，余量為Cu。釬料厚度為60μπι。
[0022]釬焊工藝步驟為:
[0023](I)準備階段:對待焊的鎢銅合金、紫銅試樣端面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W40?W7號金相砂紙進行研磨光滑，利用W7號金相砂紙將釬料箔片雙面進行研磨光滑，研磨后將待焊試樣及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗15?20min，并進行烘干處理；
[0024](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鎢銅合金與紫銅待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，確保連接的精度，在夾具上放置額定質量的壓頭，產生0.05MPa的恒定垂直壓力；
[0025](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于I X 10—3Pa的釬焊設備中，首先以12°C/min的速率升溫至350°C，保溫15min，再以8°C/min的速率升溫至800°C，保溫時間15min，再以10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度1040°C，保溫時間30min，再以12°C/min的速率冷卻至800°C，保溫時間15min，再以5°C/min的速率冷卻至450°C，最后隨爐冷卻至室溫，完成焊接。
[0026]結果:如圖1所示，釬焊獲得的鎢銅合金與紫銅接頭成型良好，金相觀察發現釬焊區形成致密的界面結合，合金成分分布均勻，室溫四點彎曲強度為710MPa。
[0027]實施例2
[0028]選擇媽銅合金與黃銅進行對接接頭真空釬焊。其中媽銅合金與黃銅試樣尺寸均為20_X 20_X 5_，待奸焊面為20_X 5mm截面。
[0029]釬料的成分及質量百分比配比為:11112.0%，(:04.0%，祖3.0%，24.0%，余量為Cu。釬料厚度為80μπι。
[0030]釬焊工藝步驟為:
[0031](I)準備階段:對待焊的鎢銅合金、黃銅試樣端面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W40?W7號金相砂紙進行研磨光滑，利用W7號金相砂紙將釬料箔片雙面進行研磨光滑，研磨后將待焊試樣及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗15?20min，并進行烘干處理；
[0032](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鎢銅合金與黃銅待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，確保連接的精度，在夾具上放置額定質量的壓頭，產生0.06MPa的恒定垂直壓力；
[0033](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于I X 10—3Pa的釬焊設備中，首先以9°C/min的速率升溫至300°C，保溫15min，再以7°C/min的速率升溫至800°C，保溫時間15min，再以8°C/