一種用于釬焊鉬錸合金的釬料和制備方法及釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于異種新材料特種連接技術領域，具體包括釬焊鉬錸合金的釬料、制備方法及釬焊工藝。
【背景技術】
[0002]鉬錸合金(Mo_50Re)在室溫下的抗拉強度可達100MPa以上，延伸率在20%以上，具有熔點高、高溫性能好、導熱及導電性能好、膨脹系數小、抗熱震性能好、抗磨損性能和抗腐蝕性能強、高聲速等特性，使其在化學、冶金及金屬加工、電子工業、航空航天和核工業以及軍事等領域獲得廣泛的應用，且是非常有應用前景的難熔金屬材料之一。常作為結構包套材料用于空間核反應堆的熱離子交換器，制成箔材和極細絲材作為彈性元件用于加熱器、熱電偶等高溫設備中(效果好且使用壽命長)。鉬錸合金耐磨性好，抗電弧燒蝕性強，故可廣泛應用于電子元器件中。隨著對鉬及鉬合金的進一步研究和在各個領域中更加廣泛的應用，開展鉬合金焊接技術的研究工作顯得尤為重要和迫切，提高鉬錸合金的焊接性、獲得優質焊接接頭是進一步拓寬鉬錸合金應用范圍的重要條件。
[0003]鉬錸合金是高溫難熔金屬合金，由于其本身的特點，使得鉬錸合金的焊接還存在很多的問題。鉬錸合金對氧、碳、氮十分敏感，其中氧影響最大，具有高溫氧化的特點。在焊接過程中，微量的氧元素都會使鉬錸合金形成淬硬相并在晶界處偏析;在焊接接頭中還會產生很大熱應力，導致焊接裂紋增大;在高溫下，鉬錸合金中的鉬元素還會迅速氧化，形成一層氧化膜，阻礙焊接過程進行。本發明鉬錸合金高溫真空釬焊是在真空中進行，加熱均勻，釬焊溫度相對較低，避免了空氣雜質污染及熱循環造成的晶粒長大和沉淀硬化，具有極大發展前景。
[0004]對于鉬錸合金材料連接而言，釬焊特別是真空釬焊方法適合性更好。尋找一種性能優良和性價比高的填充材料，制定合理的焊接工藝，改善氣孔、裂紋等焊接缺陷的產生，是實現鉬錸合金異種材料連接的關鍵。目前，尚未看到鉬錸合金釬焊連接技術的相關報道。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供本發明提供一種釬焊鉬錸合金的釬料和制備方法及釬焊工藝，以獲得良好性能的連接接頭。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種釬焊鉬錸合金的釬料，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:017.5%?19.5%，516.5%?8.5%，80?1.5%，師?5%，余量為Ni。
[0007]作為優選，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:Crl8.5%?19.5%，Si7%?8%，Β0?1.5%，W0?3%，余量為Ni。
[0008]作為優選，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:Cr 19%，Si7.3%，B0.5%，W2%，其余為Ni。
[0009]—種用于釬焊鉬錸合金的釬料，加入一定量的Si元素適當的降低了釬料的熔化溫度，促進了釬焊接頭固溶體的形成;加入適量的B有利于釬料細化晶粒和提高釬料的高溫性能;Cr的添加提高了該釬料的抗氧化性和耐蝕性;W能增強釬料與鉬錸合金的潤濕性，同時提高焊縫強度，同時大量的Ni元素有利于提高合金釬料的高溫性能，促進釬料與鉬錸合金的固溶冶金反應，提高釬焊接頭的綜合性能。
[0010]—種釬焊鉬錸合金的釬料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)按質量百分比稱取高純度的Cr顆粒、Si顆粒、B顆粒、W顆粒和Ni顆粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在20°C左右的溫度下進行超聲清洗15?20min;
[0012]2)將步驟I超聲清洗后的混合物在30?50°C的溫度下烘干，得到干燥的混合物；
[0013]3)將混合物Cr、B、S1、W和Ni采用真空感應熔煉的方法制備成分均勻的釬料母合金，將制備出的母合金碾碎后，裝入高真空單輥甩帶機的石英玻璃管內；
[0014]4)將石英玻璃管夾裝在甩帶機的電感應加熱圈中，并將其噴嘴至銅輥表面間距調整為 100 ?150μηι;
[0015]5)關閉爐門，采用機械栗抽真空至1.5X10—3Pa，然后采用分子栗抽高真空，高真空度不低于9 X 10—5Pa，然后腔體充滿高純Ar氣至220?250mbar ；
[0016]6)開啟電機，使銅輥轉速Us在28?33m/s的范圍內，再開啟高頻電源，將石英玻璃管內的母合金高頻感應加熱至完全均勻恪融后，保溫過熱恪體60s?80s ；
[0017]7)將Ar氣氣壓調制P = 30?60KPa，用高壓氬氣將石英玻璃內的過熱熔體連續噴射到高速旋轉的冷卻銅輥表面，液態金屬受到急冷而成箔帶狀，從而得到釬料箔片帶，厚度為20 ?50μπι。
[0018]作為優選，所述步驟3中石英管噴嘴呈長方形，其長度為8?10mm，寬度為0.8?
1.2mm ο
[0019]作為優選，所述步驟6中銅輥直徑為250mm，銅輥寬度為50mm。
[0020]一種用于釬焊鉬錸合金的釬料的釬焊方法，包括以下步驟:
[0021](I)準備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W7號金相砂紙進行研磨光滑，將鉬錸合金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；
[0022](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鉬錸合金搭接表面之間，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0.02?0.03MPa的恒定垂直壓力；
[0023](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設備中，首先以5?9°C/min的速率升溫至300?350°C，保溫25?35min，再以4?6°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1050?1210°C，保溫時間10?45min，以5°C/min冷卻到1000°C，保溫時間60min，作擴散處理，然后以5°C/min冷卻至800°C，隨爐冷卻至室溫或者在釬焊溫度直接以3?5°C/min的速率冷卻至750?800°C，然后保溫時間10?30min，最后以5?7°C/min的速率冷卻至450?500°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0024]有益效果:本發明相對于現有技術而言，具有以下優點:
[0025](I)本發明釬料的釬焊溫度在1050°C?1210°C,釬料熔化溫度較高，保證了焊件的高溫性能，同時釬料熔化均勻;使用釬料箔片有利于促進釬焊連接過程中合金元素的擴散和界面反應，提高釬料在鉬錸合金表面的潤濕和鋪展能力，提高釬料與鉬錸合金的固溶冶金反應，降低釬焊接頭中的殘余應力，減少釬焊接頭脆化物含量，細化晶粒和減小殘余應力，提高了接頭的力學性能，解決了鉬錸合金焊接接頭中常出現的氣孔和裂紋以及鉬錸合金在高溫下形成的氧化膜。
[0026](2)采用本發明的釬料連接鉬錸合金的釬焊工藝穩定可靠，利用真空釬焊連接，構件在加熱過程中處于真空狀態，整個構件無變形，無微觀裂紋、氣孔和夾雜等缺陷，其表面潤濕鋪展較好，充分填充釬縫，提高了接頭的整體強度，以及擁有良好的塑性變形能力，因而能獲得更為穩定可靠的連接接頭。
[0027](3)本發明釬料連接鉬錸合金，釬料與基體母材充分形成固溶冶金反應，組織細粒，使得本發明釬料具有優異常溫和高溫性能，獲得的鉬錸合金的連接接頭性能穩定可靠，擴大了鉬錸合金連接的應用領域。
[0028](4)本發明獲得的釬料制備方法和釬焊工藝簡單，實施方便快捷，釬料的制備以及釬焊工藝可重復再現，真空釬焊過程無須添加釬劑以及保護措施，便于廣泛的推廣與應用。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]鉬錸合金(50 %Mo，50 % Re)搭接接頭真空釬焊:鉬錸合金試樣尺寸為40mm X 3mm X
0.1mm，待奸焊面為3mm X 2mm搭接面。
[0031]釬料的成分及質量百分比配比為:019.5%，5丨7%，81%，其余為附。釬料厚度為
3Oum ο
[0032]上述釬焊鉬錸合金的釬料的制備方法，包括以下步驟:
[0033]I)按質量百分比稱取高純度的39gCr顆粒、14gSi顆粒、2gB顆粒;和145gNi顆粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在20°C左右的溫度下進行超聲清洗20min;
[0034]2)將步驟I)超聲清洗后的混合物在30?50°C的溫度下烘干，得到干燥的混合物；
[0035]3)將混合物Cr、S1、Ni和B采用真空感應熔煉的方法制備成分均勻的釬料母合金，將制備出的母合金碾碎后，裝入高真空單輥甩帶機的石英玻璃管內；
[0036]4)將石英玻璃管夾裝在甩帶機的電感應加熱圈中，并將其噴嘴至銅輥表面間距調整為 ΙΟΟμπι;
[0037]5)關閉爐門，采用機械栗抽真空至1.5X10—3Pa，然后采用分子栗抽高真空，高真空度不低于9 X 10—5Pa，然后腔體充滿高純Ar氣至220?250mbar ；
[0038]6)開啟電機，使銅輥轉速Us在28m/s的范圍內，再開啟高頻電源，將石英玻璃管內的母合金高頻感應加熱至完全均勻熔融后，保溫過熱熔體60?80s;
[0039]7)將Ar氣氣壓調制P = 30?60KPa，用高壓氬氣將石英玻璃內的過熱熔體連續噴射到高速旋轉的冷卻銅輥表面，液態金屬受到急冷而成箔帶狀，從而得到釬料箔片帶，厚度為
2Oum ο
[0040]釬焊工藝步驟為:
[0041](I)準備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W7號金相砂紙進行研磨光滑，將鉬錸合金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；
[0042](2)裝配階段:將清洗后的釬料箔片置于鉬錸合金搭接表面之間，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0.02?0.03MPa的恒定垂直壓力；
[0043](3)釬焊連接階段:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設備中，首先以7°C/min的速率升溫至300°C，保溫25min，再以4°C/min的速率升溫至700°C，保溫時間15min，再以8°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度1060°C，保溫時間45min，再以5°C/min的速率冷卻至800°C，保溫時間15min，最后以7°C/min的速率冷卻至500°C，隨爐冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0044]結果:釬焊獲得的鉬錸合金接頭形成良好，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，室溫剪切強度為232MPa。
[0045]實施例2:
[0046]鉬錸合金(50 %Mo，50 % Re)搭接接頭真空釬焊:鉬錸合金試樣尺寸為30mm X 3mm X0.1mm，待奸焊面為3mm X 2mm搭接面。
[0047]釬料的成分及質量百分比配比為:Cr 19%，Si7.3% ,B1.5%,W2%，其余為Ni。按照實施例1中的制備方法，制備的釬料厚度為40μπι。
[0048]釬焊工藝步驟為:
[0049](I)準備階段:對待釬焊的鉬錸合金試樣搭接面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利