用于W-Cu復合材料與不銹鋼真空活性釬焊工藝的釬料及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于W-Cu復合材料與不銹鋼真空活性釬焊工藝的釬料及方法，屬于釬焊領域。
【背景技術】
[0002 ] W-Cu復合材料兼具了 W和Cu的諸多性能，其具有良好的導電導熱性，高的強度和硬度，低的熱膨脹系數，良好的耐電弧侵蝕性、抗高溫氧化性及抗熔焊性等優異特征。廣泛應用于能源、國防工業、航空航天、以及核工業等領域，主要涉及炮軌導彈頭、火箭發動機噴管喉襯、噴嘴和燃氣舵等部件，是一種極具有發展前進的高溫復合材料。不銹鋼具有良好的耐腐蝕、耐熱性和較好的力學性能，適于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件及設備，應用領域十分廣泛，其焊接性具有特殊性。在實際使用過程中，W-Cu復合材料常會出現高溫抗氧化性差、低溫韌性不足等問題，無法滿足在高溫及腐蝕環境中的持久使用，嚴重影響結構件的使用壽命和正常運作。為了進一步發揮W-Cu復合材料和不銹鋼的優越性能，彌補其弱勢缺陷;W-Cu復合材料與不銹鋼連接成復合件，既可以充分發揮W-Cu復合材料的優良特征，又能展現不銹鋼的優異性能，提高了連接構件的整體性能，具有重大的實用價值。
[0003]W-Cu復合材料與不銹鋼連接時，其物理化學性能差異較大，嚴重影響兩者的性能。而且W-Cu復合材料對氣體雜質敏感性較大，以及易出現脆化物相和微孔，嚴重影響接頭的氣密性及承載能力。W-Cu復合材料與不銹鋼焊接時，循環熱載荷對W-Cu復合材料和不銹鋼復合件產生不良影響，易出現焊合區晶粒粗大、組織脆化、殘余應力、氣體雜質污染和應力集中等現象，接頭斷裂傾向增大，焊縫金屬力學性能降低。而組織結構變化和應力集中等問題是W-Cu復合材料與不銹鋼焊接面臨的重要問題。因此，以W-Cu復合材料和不銹鋼的連接技術來制備復合件的方式迫在眉急。
[0004]對于W-Cu復合材料與不銹鋼的連接而言，釬焊特別是真空活性釬焊技術適合性更好。同時采用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是實現W-Cu復合材料與不銹鋼異種材料連接的關鍵。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于W-Cu復合材料與不銹鋼真空活性釬焊工藝的釬料及方法，釬料對W-Cu復合材料和不銹鋼具有良好的潤滑性，熔化溫度較低，釬料熔化均勻。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種用于W-Cu復合材料與不銹鋼真空活性釬焊工藝的釬料，所選釬料以重量百分比計的元素成分包括:Cu25%?33%，Til.0%—3.5%，Ni3.0%?5.0%，Zrl.0%?2.2%，Μη3.5%?7.0%，余量為Ag。
[0007]作為優選，所述釬焊用料由以下重量百分比的組分組成:Cu27 %?33 %，Ti 1.0 %—3.0%，Ni3.5%?4.5%，Zrl.2%?1.8%，Μη4.0%?6.0%，余量為Ag。
[0008]作為優選，所述釬料各組分質量百分比含量如下:(:1130%，1^2.0%，則4.0%，Zrl.5% ,Mn5.0%，余量為Ag。
[0009]作為優選，所述釬料為箔帶狀，厚度為100?150μπι。
[0010]—種W-Cu復合材料與不銹鋼的真空活性釬焊方法，包括以下步驟:
[0011 ] (I)準備階段:對待釬焊的W-Cu復合材料和不銹鋼試樣截面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W28?W3.5號金相砂紙進行研磨光滑并具有一定的粗糙度，將W-Cu復合材料、不銹鋼及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗10?15min，并進行烘干處理待用；
[0012](2)裝配階段:將清洗烘干后的釬料箔片置于不銹鋼和W-Cu復合材料待焊表面之間，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0.02?0.04MPa的恒定垂直壓力；
[0013](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15?20°C/min的速率升溫至300?350°C，保溫10?15min，再以8?12°C/min的速率升溫至600?650°C，保溫時間15?20min，再以4?6°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度810?860°C，保溫時間15?45min，再以4?6°C/min的速率冷卻至600?650°C，通入氬氣快速冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0014]本發明釬料的釬料熔化溫度較低，釬料熔化均勻；利用活性元素(Ag、Cu、T1、N1、Zr)較強的擴散能力和界面反應能力，活性元素分布均勻，接頭晶粒細密以及殘余應力小，接頭的整體強度高，塑性變形能力強;提高了釬料與W-Cu復合材料不銹鋼的固溶冶金反應；采用本發明的真空活性釬焊工藝，通過真空活性釬焊連接以及活性元素的擴散作用，焊件在加熱過程中處于真空狀態中，焊件無變形和晶粒粗化的現象，不會出現氧化、污染等問題;利用真空活性釬焊工藝穩定可靠，操作簡單、方便快捷，可重復再現，真空活性釬焊過程無須添加釬劑以及保護措施，便于推廣與應用，接頭潤濕鋪展性較好，釬料充分填充釬縫，提高了接頭的綜合性能，可獲得性能優異的釬焊接頭。
[0015]—種用于W-Cu復合材料與不銹鋼的活性釬料，加入一定量的Mn元素適當的降低了釬料的熔化溫度，促進了釬焊接頭固溶反應以及界面的結合能力，有利于增加焊接街頭的強度和韌性，則Mn的加入以4.0 %?6.0 %為宜，含量過低降熔效果不明顯，過高則使熔融釬料潤濕性能降低，不利于釬料的流動和鋪張;加入適量的Zr元素促進了與W-Cu復合材料和不銹鋼的冶金反應，有利于細化晶粒和提高釬料的高溫性能;Ni的添加促進了釬料的潤濕性以及接頭強度，同時提高了抗氧化性和耐蝕性;適量Ti有利于細化晶粒和固溶強化，降低接頭的彈性模量，緩解接頭的殘余應力，提高釬料合金的強度;大量的Ag、Cu促進釬料合金元素的擴散和反應，有利于促進與W-Cu復合材料和不銹鋼界面的固溶冶金反應，提高接頭的塑性和強度;利用活性元素(Ag、Cu、T1、N1、Zr)作為填充釬料以及采用真空活性釬焊工藝提高了連接接頭的綜合性能以及整體結構的使用性能。
[0016]有益效果:本發明的釬料對W-Cu復合材料和不銹鋼具有良好的潤滑性，熔化溫度較低，釬料熔化均勻;采用本發明釬料連接W-Cu復合材料與不銹鋼的真空活性釬焊工藝穩定可靠;真空條件下，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，利用活性元素(Ag、Cu、T1、N1、Zr)具有較強的擴散能力和界面反應能力，活性元素分布均勻，晶粒細密以及殘余應力小，接頭的整體強度高，塑性變形能力強;操作簡單、方便快捷，可重復再現，真空活性釬焊過程無須添加釬劑以及保護措施，便于推廣與應用。
【附圖說明】
[0017]圖1為【具體實施方式】I?3的真空活性釬焊工藝曲線；
[0018]圖2為具體實施2得到的釬焊接頭的掃描電鏡照片；
[0019]圖3為具體實施2得到的釬焊接頭的彎曲斷口微觀形貌照片；
[0020]圖4為具體實施2得到的釬焊接頭的不同放大倍數的彎曲斷口微觀形貌照片。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]W-Cu復合材料(W55Cu45，wt%)與lCrl8Ni9不銹鋼對接接頭真空活性釬焊:W-Cu復合材料和不銹鋼試樣尺寸均為20mmX 20mmX 5mm，待奸焊面為20mmX 5mm截面。
[0023]釬料的成分及質量百分比配比為:0133%、111.0%、祖5%、2^.0%、1117.0%，余量為Ag，釬料箔片厚度為150μπι。
[0024]釬焊工藝如圖1所示，具體步驟為:
[0025](I)準備階段:對待釬焊的W-Cu復合材料和lCrl8Ni9不銹鋼試樣截面進行清理，除去表面的雜質、油污以及氧化膜，利用W28?W3.5號金相砂紙進行研磨光滑并具有一定的粗糙度，將W-Cu復合材料、不銹鋼及釬料箔片一起置于丙酮中，采用超聲波清洗1min，并進行烘干處理待用；
[0026](2)裝配階段:將清洗烘干后的釬料箔片置于不銹鋼和W-Cu復合材料待焊表面之間，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0.04MPa的恒定垂直壓力；
[0027](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20°C/min的速率升溫至300°C，保溫lOmin，再以12°C/min的速率升溫至650°C，保溫時間15min，再以6 °C /min的速率繼續升溫至釬焊溫度810°C,保溫時間45min，再以4 °C /min的速率冷卻至650°C，通入氬氣快速冷卻至室溫，開爐取出被焊連接件即可。
[0028]結果:釬焊獲得的W-Cu復合材料與lCrl8M9不銹鋼接頭形成良好，金相觀察發現釬焊區形成致密的界面結合，無裂紋、氣孔和夾雜等缺陷生成，合金成分分布均勻，室溫四點彎曲強度為584MPa，斷口形貌為延性斷裂特征。
[0029]實施例2:
[0030]W-Cu復合材料(W55Cu45，