本發(fā)明涉及異類材料連接領(lǐng)域，特別是純鐵與低活性鋼的低溫強化連接方法。

背景技術(shù)：

偏濾器是未來核聚變堆中的重要組成部件，W具有熔點高、抗熱沖擊性能好、低的氚滯留等特點，是偏濾器的首選面向等離子體材料；低活性鋼(Reduced Activation Ferritic/Martensitic steel,RAFM鋼)具有較低輻照腫脹和熱膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率等優(yōu)良性能，是偏濾器的首選熱沉結(jié)構(gòu)材料。因此W與RAFM鋼的連接成為近年來的研究熱點。但是W與RAFM鋼的熔點、熱膨脹系數(shù)相差較大容易在連接界面處產(chǎn)生熱應(yīng)力。兩者直接連接會由于界面處的熱應(yīng)力而降低連接性能。有學(xué)者采用釬焊、鑄造等技術(shù)對W與RAFM鋼進行連接，但由于局部連接溫度過高，導(dǎo)致界面處熱應(yīng)力過高降低連接性能。為了避免局部受熱帶來的連接缺陷，有學(xué)者采用熱等靜壓(HIP)的方法對W與RAFM鋼進行連接，但是依然無法有效緩釋界面處熱應(yīng)力，提高連接性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于設(shè)計采用高活性Fe-Cu粉末作為中間過渡層，采用真空或保護氣氛，加上壓力的方法進行擴散連接以促進燒結(jié)過程中的中間過渡層元素擴散，形成強冶金結(jié)合。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的具體方案如下：

純鐵與低活性鋼的低溫強化連接方法，用高活性Fe-Cu粉末作為中間過渡層，采用真空或保護氣氛結(jié)合壓力的方法進行擴散連接以促進燒結(jié)過程中的中間過渡層元素擴散，形成強冶金結(jié)合，使材料在低溫下達到高強度連接的效果。

具體的過程，包括以下步驟：

(1)、將純鐵與低活性鋼的金屬塊待連接表面打磨光滑備用；

(2)、將高活性Fe-Cu粉末末置于高能球磨機中，高能球磨的球料比為5：1～20:1；添加無水乙醇為球磨介質(zhì)，液固比為1:0.5～1:3；在球磨機中以100r/min～500r/min的轉(zhuǎn)速球磨4～40h，將得到粉末置于真空干燥箱中干燥，取出密封備用；

(3)、將步驟(2)中高活性Fe-Cu粉末均勻涂覆于純鐵與低活性鋼中間，待連接；

(4)、在保溫溫度為500℃～850℃，加壓范圍是10MPa～150MPa，保溫時間為0.5h～5h的條件下，對待連接件進行壓力擴散連接。

其中，所述的高活性Fe-Cu粉末為合金粉末或元素混合粉末。

具體的，所述的高活性Fe-Cu粉末的Fe和Cu含量的質(zhì)量比為7:3～3:7。

將所述的高活性Fe-Cu粉末進行高能球磨，高能球磨的球料比為5：1～20:1；添加無水乙醇為球磨介質(zhì)，液固比為1:0.5～1:3；球磨時間4～40h。

優(yōu)選的設(shè)計，所述的高活性Fe-Cu粉末作為中間過渡層的厚度為20～80μm。

本發(fā)明提供的純鐵與低活性鋼的低溫強化連接方法，在較低溫度下使Fe-Cu粉末與母材產(chǎn)生較強的互擴散，形成高強度冶金結(jié)合，實現(xiàn)高性能連接，其連接溫度為500～850℃，對低活性鋼本體的力學(xué)性能損傷較小；Fe-Cu粉末作為中間過渡層的厚度為20～80μm，其界面拉伸強度為150～300MPa。

具體實施方式

結(jié)合實施例說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1

本實施例包括以下步驟：

一、將純鐵與低活性鋼的金屬塊待連接表面打磨光滑備用；

二、按鐵銅質(zhì)量比35％：65％稱取鐵銅粉末，置于高能球磨機中，高能球磨的球料比為5：1；添加無水乙醇為球磨介質(zhì)，液固比為1:1；以200r/min的轉(zhuǎn)速球磨4h，得到粉末置于真空干燥箱中干燥，取出密封備用；

三、將步驟二中含有35％Fe的鐵銅粉末均勻涂覆于純鐵與低活性鋼的待連接表面，待連接；

四、將待連接件置于真空中，在700℃下加壓擴散連接后取出連接件。

本實施例制得的連接件，連接接頭經(jīng)抗拉強度測試可達155MPa，連接效果良好。

實施例2

一、將純鐵與低活性鋼的金屬塊待連接表面打磨光滑備用；

二、按鐵銅質(zhì)量比70％：30％稱取鐵銅粉末，置于高能球磨機中，高能球磨的球料比為7：1；添加無水乙醇為球磨介質(zhì)，液固比為1:3；以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨40h，得到粉末置于真空干燥箱中干燥，取出密封備用；

三、將步驟二中含有70％Fe的鐵銅粉末均勻涂覆于純鐵與低活性鋼的待連接表面，待連接；

四、將連接件置于氬氣氣氛中，在750℃下加壓保溫擴散連接后取出連接樣。

本實施例制得的連接件，連接接頭經(jīng)抗拉強度測試可達200MPa，連接效果良好。

實施例3

一、將純鐵與低活性鋼的金屬塊待連接表面打磨光滑備用；

二、按鐵銅質(zhì)量比50％：50％稱取鐵銅粉末，置于高能球磨機中，高能球磨的球料比為8：1；添加無水乙醇為球磨介質(zhì)，液固比為1:2；以200r/min的轉(zhuǎn)速球磨20h，得到粉末置于真空干燥箱中干燥，取出密封備用；

三、將步驟二中含有50％Fe的鐵銅粉末均勻涂覆于純鐵與低活性鋼的待連接表面，待連接；

四、將連接件置于真空中，在800℃下加壓保溫擴散連接后取出連接樣。

本實施例制得的連接件，連接接頭經(jīng)抗拉強度測試可達255MPa，斷裂于母材純鐵處，連接效果良好。