本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉬銅合金與鎳基高溫合金的真空擴散釬焊工藝。

背景技術(shù)：

鉬銅合金是一種新型的高溫結(jié)構(gòu)材料，既具有鉬的高熔點、高強度、低線膨脹系數(shù)等特性，又具備銅的高延展性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性等一系列優(yōu)點。因此，鉬銅合金已被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、冶金、核工業(yè)等諸多領(lǐng)域。然而鉬銅合金在應(yīng)用的過程中不可避免地會遇到與高溫合金的連接問題，所以開發(fā)出鉬銅合金與高溫合金的高效連接技術(shù)，特別是針對高溫復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及需大面積部件的連接顯得尤為迫切。

常溫下鉬銅合金較穩(wěn)定，520℃以上開始緩慢氧化且隨溫度的升高其吸收氧的能力顯著上升，因此鉬銅合金的焊接大多在真空中或采取惰性氣體保護下進行。鉬銅合金與鎳基高溫合金屬于異種材料，其物理化學(xué)性能差異較大，尤其是熱導(dǎo)率及線膨脹系數(shù)相差顯著，容易產(chǎn)生焊接裂紋，大大增加了這兩種合金的焊接難度。

目前，涉及鉬銅合金與鎳基高溫合金的連接方法主要有填絲鎢極氬弧焊。但這種焊接方法的問題是焊后鉬銅合金與高溫合金表面氧化嚴重，影響焊接結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量。

真空擴散釬焊是一種在真空環(huán)境下借助中間層材料熔化產(chǎn)生液相與母材之間的冶金反應(yīng)，以及在壓力條件下原子相互擴散的共同作用下來實現(xiàn)連接的工藝方法，現(xiàn)有技術(shù)中還未有關(guān)于采用真空擴散釬焊來實現(xiàn)鉬銅合金與鎳基高溫合金連接的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的提供一種鉬銅合金與鎳基高溫合金的真空擴散釬焊工藝。整個焊接過程在真空釬焊設(shè)備中進行，可以避免焊接結(jié)構(gòu)件的表面氧化，并且無需使用釬劑，是一種綠色環(huán)保的連接方法，能夠?qū)崿F(xiàn)鉬銅合金與鎳基高溫合金的無氧化高質(zhì)量連接。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鉬銅合金與鎳基高溫合金的真空擴散釬焊工藝，包括如下步驟：

(1)將鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊部位進行處理；

(2)在處理后的鉬銅合金和鎳基高溫合金之間夾放中間層合金，形成釬焊結(jié)構(gòu)，固定壓緊，置于擴散釬焊爐的真空室中；

(3)待真空室的真空度達至10^-3～5×10^-3Pa時，開始加熱進行焊接，先升溫至600～650℃，保溫10～20min；再升溫至1000～1050℃，保溫10～20min，同時施加0.02～0.05MPa的焊接壓力；升溫至1100～1180℃，保溫4～6h；

(4)焊后冷卻，取出焊接試樣，完成真空擴散釬焊。

上述方法，步驟(1)中，所述將鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊部位進行處理的步驟為：將待焊部位用1500#金相砂紙打磨，去除表面氧化膜，直至露出金屬光澤，然后用100％酒精溶劑(即無水乙醇)清洗，并干燥。

上述方法，步驟(1)中，所述鉬銅合金優(yōu)選為Mo50-Cu50；鎳基高溫合金優(yōu)選為GH4169合金。

上述方法，步驟(2)中，所述中間層合金是箔片狀鎳基非晶合金，厚度為30～50μm。

上述方法，步驟(2)中，所述中間層合金的化學(xué)成分為：以質(zhì)量分數(shù)計，Cr 11.5％，B2.8～3.5％，Co 17.5～20％，Mo 8.5％，C≤0.02％，Ni余量。

上述方法，步驟(2)中，所述釬焊結(jié)構(gòu)是由鉬銅合金/中間層合金/鎳基高溫合金按上、中、下組成的“三明治”結(jié)構(gòu)。

上述方法，步驟(2)中，采用焊接卡具進行固定壓緊，并在焊接卡具與鉬銅合金和鎳基高溫合金的接觸面上預(yù)置云母片，以防止焊接卡具與被焊母材的粘合。

上述方法，步驟(3)中，以15℃/min的升溫速度升溫至600～650℃，再以10℃/min的升溫速度升溫至1000～1050℃，最后以5℃/min的升溫速度升溫至1100～1180℃。

上述方法，步驟(4)中，焊后冷卻方法是真空室通過水循環(huán)進行冷卻，待真空室冷卻至150℃時，停止水循環(huán)冷卻，真空室自然冷卻4～6h后，取出焊件。

本發(fā)明的真空擴散釬焊的工作原理在于：在高真空條件下，將鉬銅合金與鎳基高溫合金兩個平整光潔的焊接表面加熱到一定的溫度，通過中間層合金對兩側(cè)母材的潤濕及Ni、B等元素的相互擴散，在溫度和壓力的共同作用下，鉬銅合金與鎳基高溫合金接觸表面發(fā)生微觀塑性流變后相互緊密接觸，利用焊件接觸表面的電子，原子或分子互相擴散轉(zhuǎn)移，經(jīng)一段時間保溫，使焊接區(qū)的成分、組織均勻化，達到鉬銅合金與鎳基高溫合金的完全焊接過程。

本發(fā)明采用鎳基非晶合金作為中間層，其目的在于擴散釬焊時，鎳基非晶合金首先熔化潤濕鉬銅合金和鎳基高溫合金母材，在焊件的配合面之間形成一薄層液體；當(dāng)焊件在連接溫度下保溫時，并且在焊接壓力的作用下，非晶中間層與母材之間的元素擴散迅速進行，使界面區(qū)域成分發(fā)生變化，在連接溫度下形成高強結(jié)合。經(jīng)過長時間保溫后，接頭的組織與母材在成分和結(jié)構(gòu)上趨于均勻化。

本發(fā)明采用的在擴散釬焊升溫過程中設(shè)置多個保溫平臺，主要是為促進中間層合金與母材之間元素的充分擴散，加強接頭的結(jié)合強度。本發(fā)明對保溫平臺的設(shè)置個數(shù)和設(shè)置溫度進行了優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過設(shè)置3個保溫平臺，溫度分別為600～650℃、1000～1050℃和1100～1180℃，可以更好的促進中間層合金與母材元素之間的充分擴散，并且提高了接頭的結(jié)合強度。

本發(fā)明采用的鎳基非晶合金中間層含有Co、B元素，這兩種元素添加的主要目的是降低中間層的熔點，同時避免常規(guī)鎳基中間層含Si元素容易形成脆性化合物的影響。Co、B元素在擴散釬焊過程中，一方面大大降低了中間層合金的熔點；另一方面，B元素具有較強的擴散能力，能夠迅速充分向兩側(cè)母材擴散，避免形成脆性化合物。使得焊后鉬銅合金和鎳基高溫合金釬縫中全部為固溶體組織，無共晶組織和脆性化合物產(chǎn)生。此外，Co、Mo元素的添加還能大大提高鉬銅合金和鎳基高溫合金接頭的高溫強度。

本發(fā)明采用的鎳基非晶合金中間層含有Cr元素的主要作用是提高鉬銅合金母材一側(cè)的致密度。

本發(fā)明的有益效果：

與常規(guī)的真空釬焊相比，本發(fā)明采用真空擴散釬焊工藝焊接鉬銅合金和鎳基高溫合金，通過施加焊接壓力和延長保溫時間的方法加速了中間層合金元素向母材中的繼續(xù)擴散和母材的溶解，促使接頭區(qū)成分的均勻化。

綜上所述，本發(fā)明方法能很好的避免鉬銅合金的氧化，母材變形小、接頭成分均勻、綠色環(huán)保，有效地提高焊接接頭的抗剪切強度，達230～260MPa，適用于高溫構(gòu)件的連接。

附圖說明

圖1：本發(fā)明中鉬銅合金與鎳基高溫合金的真空擴散釬焊工藝溫度曲線圖；

圖2：焊接溫度1180℃，加載壓力0.02MPa，中間層合金厚度50μm，保溫時間4h條件下獲得的鉬銅合金與鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭微觀組織圖。

具體實施方式

結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述實施例說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。

實施例1：

鉬銅合金板與GH4169鎳基高溫合金接頭的真空擴散釬焊，鉬銅合金板的尺寸均為30mm×10mm×2mm，GH4169鎳基高溫合金的尺寸為40mm×10mm×2mm。

第一步，用1500#金相砂紙打磨鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊表面，直至露出金屬光澤，然后用100％酒精溶劑(即無水乙醇)清洗，并干燥。

第二步，在鉬銅合金與鎳基高溫合金之間夾放厚度為30μm的箔片狀鎳基非晶中間層合金，組合成鉬銅合金/中間層/鎳基高溫合金的上、中、下“三明治”釬焊結(jié)構(gòu)，然后用焊接卡具固定壓緊，并置于擴散釬焊爐的真空室中；

鎳基非晶中間層合金的化學(xué)成分為Cr 11.5％，B 3.5％，Co 17.5％，Mo 8.5％，C≤0.02％，Ni余量，以質(zhì)量百分比計。

(3)在焊接卡具與鉬銅合金和鎳基高溫合金的接觸面上預(yù)置云母片，以防止焊接卡具與被焊母材的粘合；

(4)待真空室的真空度達至10^-3Pa時，開始加熱進行焊接，先以15℃/min的升溫速度升溫至600℃，保溫20min；再以10℃/min的升溫速度升溫至1000℃，保溫20min，這時施加0.05MPa的焊接壓力；最后以5℃/min的升溫速度升溫至1100℃，保溫6h；

(5)焊后通過水循環(huán)進行冷卻，待真空室冷卻至150℃時，停止水循環(huán)冷卻，真空室自然冷卻4h后，取出焊件。冷卻，取出焊接試樣，完成擴散釬焊。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，剪切強度最高為230MPa。

實施例2：

本實施例與實施例1不同的是步驟4中最后以5℃/min的升溫速度升溫至1120℃，保溫5h。其它與實施例1相同。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，剪切強度最高為242MPa。

實施例3：

鉬銅合金板與GH4169鎳基高溫合金接頭的真空擴散釬焊，鉬銅合金板的尺寸均為40mm×10mm×4mm，GH4169鎳基高溫合金的尺寸為50mm×10mm×4mm。

第一步，用1500#金相砂紙打磨鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊表面，直至露出金屬光澤，然后用100％酒精溶劑清洗，并干燥。

第二步，在鉬銅合金與鎳基高溫合金之間夾放厚度為50μm的箔片狀鎳基非晶中間層合金，組合成鉬銅合金/中間層/鎳基高溫合金的上、中、下“三明治”釬焊結(jié)構(gòu)，然后用焊接卡具固定壓緊，并置于擴散釬焊爐的真空室中；

鎳基非晶中間層合金的化學(xué)成分為Cr 11.5％，B 2.8％，Co 17.5％，Mo 8.5％，C≤0.02％，Ni余量，以質(zhì)量百分比計。

(3)在焊接卡具與鉬銅合金和鎳基高溫合金的接觸面上預(yù)置云母片，以防止焊接卡具與被焊母材的粘合；

(4)待真空室的真空度達至10^-3Pa時，開始加熱進行焊接，先以15℃/min的升溫速度升溫至650℃，保溫10min；再以10℃/min的升溫速度升溫至1050℃，保溫10min，這時施加0.02MPa的焊接壓力；最后以5℃/min的升溫速度升溫至1180℃，保溫4h；

(5)焊后通過水循環(huán)進行冷卻，待真空室冷卻至150℃時，停止水循環(huán)冷卻，真空室自然冷卻6h后，取出焊件。冷卻，取出焊接試樣，完成擴散釬焊。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，焊接接頭的微觀組織圖如圖2所示，接頭的剪切強度最高為260MPa。

實施例4：

本實施例與實施例3不同的是步驟4中最后以5℃/min的升溫速度升溫至1160℃，保溫4.5h。其它與實施例3相同。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，剪切強度最高為253MPa。

對比例1：

鉬銅合金板與GH4169鎳基高溫合金接頭的真空擴散釬焊，鉬銅合金板的尺寸均為40mm×10mm×4mm，GH4169鎳基高溫合金的尺寸為50mm×10mm×4mm。

第一步，用1500#金相砂紙打磨鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊表面，直至露出金屬光澤，然后用100％酒精溶劑清洗，并干燥。

第二步，在鉬銅合金與鎳基高溫合金之間夾放厚度為50μm的箔片狀BNi2非晶態(tài)合金，組合成鉬銅合金/BNi2非晶態(tài)合金/鎳基高溫合金的上、中、下“三明治”釬焊結(jié)構(gòu)，然后用焊接卡具固定壓緊，并置于擴散釬焊爐的真空室中；

BNi2非晶態(tài)合金的化學(xué)成分為：Cr 6.5％，Si5.0％，B 2.7％，F(xiàn)e 3.5％，C≤0.02％，Ni余量，以質(zhì)量百分比計。

(3)在焊接卡具與鉬銅合金和鎳基高溫合金的接觸面上預(yù)置云母片，以防止焊接卡具與被焊母材的粘合；

(4)待真空室的真空度達至10^-3Pa時，開始加熱進行焊接，先以15℃/min的升溫速度升溫至650℃，保溫10min；再以10℃/min的升溫速度升溫至1050℃，保溫10min，這時施加0.02MPa的焊接壓力；最后以5℃/min的升溫速度升溫至1180℃，保溫4h；

(5)焊后通過水循環(huán)進行冷卻，待真空室冷卻至150℃時，停止水循環(huán)冷卻，真空室自然冷卻6h后，取出焊件。冷卻，取出焊接試樣，完成擴散釬焊。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，剪切強度最高為206MPa。

對比例2：

鉬銅合金板與GH4169鎳基高溫合金接頭的真空擴散釬焊，鉬銅合金板的尺寸均為40mm×10mm×4mm，GH4169鎳基高溫合金的尺寸為50mm×10mm×4mm。

第一步，用1500#金相砂紙打磨鉬銅合金和鎳基高溫合金母材的待焊表面，直至露出金屬光澤，然后用100％酒精溶劑清洗，并干燥。

第二步，在鉬銅合金與鎳基高溫合金之間夾放厚度為50μm的箔片狀鎳基非晶中間層合金，組合成鉬銅合金/中間層/鎳基高溫合金的上、中、下“三明治”釬焊結(jié)構(gòu)，然后用焊接卡具固定壓緊，并置于擴散釬焊爐的真空室中；

鎳基非晶中間層合金的化學(xué)成分為Cr 11.5％，B 2.8％，Co 17.5％，Mo 8.5％，C≤0.02％，Ni余量，以質(zhì)量百分比計。

(3)在焊接卡具與鉬銅合金和鎳基高溫合金的接觸面上預(yù)置云母片，以防止焊接卡具與被焊母材的粘合；

(4)待真空室的真空度達至10^-3Pa時，開始加熱進行焊接，先以15℃/min的升溫速度升溫至550℃，保溫15min；再以10℃/min的升溫速度升溫至950℃，保溫15min，這時施加0.02MPa的焊接壓力；最后以5℃/min的升溫速度升溫至1050℃，保溫4h；

(5)焊后通過水循環(huán)進行冷卻，待真空室冷卻至150℃時，停止水循環(huán)冷卻，真空室自然冷卻6h后，取出焊件。冷卻，取出焊接試樣，完成擴散釬焊。

獲得鉬銅合金與GH4169鎳基高溫合金真空擴散釬焊接頭，剪切強度最高為213MPa。