鉬銅合金與不銹鋼的瞬間液相擴散連接工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種鉬銅合金與不銹鋼的瞬間液相擴散連接工藝，包括以下步驟：（1）焊前清理鉬銅合金與不銹鋼的待焊表面，并拭凈、吹干，直至露出金屬光澤；（2）在鉬銅合金與不銹鋼待焊接觸面之間添加復合中間層，然后將待焊工件置于真空室中，并用上、下壓頭壓緊；（3）待真空室的真空度抽至10-4Pa時，對裝配好的鉬銅合金與不銹鋼工件進行瞬間液相擴散焊；（4）焊后冷卻，取出鉬銅合金與不銹鋼焊接工件。本發明專利技術完全實現了鉬銅合金與不銹鋼的擴散連接，能夠獲得剪切強度達120MPa的鉬銅合金與不銹鋼的擴散連接接頭，可以滿足鉬銅合金與不銹鋼復合結構的使用要求。本發明專利技術具有成本低、工藝簡單方便，適用性強、便于推廣應用等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于鑰銅合金與不銹鋼的擴散連接方法，尤其涉及一種瞬間液相擴散連接鑰銅合金與不銹鋼的方法，屬于異種材料的焊接

技術介紹
隨著電子器件功能的強化、體積小型化和功率的增大，對電子封接材料的高溫性能和散熱性能要求愈來愈高。鑰銅合金具有良好的導電、導熱性能和較穩定的熱膨脹系數，以及適當的機械強度，可在較高溫度下使用，作為電子封接材料受到高度重視。鑰銅合金與不銹鋼焊接時，由于兩者的熱物理性能相差較大，如采用熔焊方法，接頭處容易產生焊接裂紋，因此，需要采取焊前預熱、焊后緩冷等工藝措施防止接頭裂紋的產生。并且，鑰銅合金對氣體雜質較敏感，焊接時易產生氣孔，接頭快速冷卻時，間隙雜質還會在晶界上形成偏析。因此，鑰銅合金與不銹鋼的焊接較多采用在真空環境或氣體保護條件下進行焊接。國內外有關鑰銅合金和不銹鋼的焊接主要采用鎢極氬弧焊和真空釬焊技術。采用鎢極氬弧焊技術焊接時，采用Cr25-Nil3合金焊絲作為填充材料，焊接前先對鑰銅合金一側進行預熱，然后通過控制焊接熱輸入可獲得強韌性較好的奧氏體和S-鐵素體雙相組織焊縫。但在鑰銅合金一側的熔合區存在少量Fe-Mo金屬間化合物，這些金屬間化合物的聚集限制了鑰銅合金與不銹鋼接頭的高溫應用。真空釬焊鑰銅合金與不銹鋼采用的釬料主要有Ag-Cu-Ti活性釬料和鎳基非晶釬料，這兩種釬料成本較高，因此使其應用范圍受到很大的限制。
技術實現思路
針對上述現有技 術，本專利技術的目的是克服現有技術的不足之處，提出一種瞬間液相擴散連接鑰銅合金與不銹鋼的方法，以實現鑰銅合金與不銹鋼的擴散連接，提高焊接質量，降低生產成本，擴大鑰銅合金與不銹鋼焊接件的應用范圍。本專利技術是通過以下技術方案實現的:鑰銅合金與不銹鋼的瞬間液相擴散連接工藝，包括以下步驟:(I)焊前清理鑰銅合金與不銹鋼的待焊表面，并拭凈、吹干，直至露出金屬光澤；(2)在鑰銅合金與不銹鋼待焊接觸面之間添加復合中間層，然后將待焊工件置于真空室中，并用上、下壓頭壓緊；(3)待真空室的真空度抽至10_4Pa時，對裝配好的鑰銅合金與不銹鋼工件進行瞬間液相擴散焊，工藝參數為:加熱溫度1010 1080°C，加熱速度為25 40°C /min，保溫時間25 40min,壓力6 IOMPa,真空度為10 4 10 5Pa ；(4)焊后冷卻，取出鑰銅合金與不銹鋼焊接工件。所述步驟(I)中，焊前清理鑰銅合金與不銹鋼的待焊表面的方法為機械清理或/和化學清理。機械清理是指用金相砂紙打磨鑰銅合金和不銹鋼的待焊表面，使其表面粗糙度達到Ral.6 6.4 μ m，打磨后，用酒精將待焊工件表面擦拭干凈、吹干。化學清理是指采用體積百分比為10%的硫酸溶液或10% 15%的鹽酸或75% 100%的酒精對待焊工件表面進行清洗，酸洗時間5 IOmin ;酸洗后，清水沖洗，用酒精將待焊工件表面擦拭干凈、吹干。所述步驟(2)中，復合中間層是由銅箔和鈦箔組成，或由銅箔和鈦粉組成，它們以順序為鑰銅合金一鈦箔+銅箔+鈦箔一不銹鋼，或:鑰銅合金一鈦粉+銅箔+鈦粉一不銹鋼的方式夾放在鑰銅合金與不銹鋼工件之間。進一步地，所述銅箔純度大于99%。進一步地，所述鈦箔的厚度為10 20 μ m，銅箔的厚度為80 140 μ m。進一步地，所述鈦箔上涂覆有鈮粉，鈮粉的添加量為鈦箔質量的20% 40%。進一步地，所述鈦粉的粒度大于200目。進一步地，所述鈦粉中添加有鈮粉，混合粉末中，鈮粉與鈦粉的質量比為1:3 1:2。進一步地,所述鈦粉的添加量為銅箔質量的10% 25%。所述步驟(4)具體為:焊后真空室通過水循環進行冷卻，待真空室冷卻至100°C以下時，停止水循環冷卻，真空室自然冷卻6 IOh后，取出鑰銅合金與不銹鋼焊接工件。本專利技術的鑰銅合金與不銹鋼的瞬間液相擴散連接工藝，采用的含鈮的鈦箔和銅箔(或銅箔+鈦、鈮混合粉)復合中間層，熔點較低，焊接過程中在較低溫度下即可熔化成液相金屬，潤濕鑰銅合金與不銹鋼的接觸表面，提高鑰銅合金與不銹鋼的界面潤濕能力，促進兩者之間原子的快速擴散并·發生擴散反應；加之經過設定的保溫時間，擴散反應可持續進行，加速了鑰銅合金與不銹鋼之間的擴散結合。本專利技術提出的瞬間液相擴散連接鑰銅合金與不銹鋼的方法，是通過活性含鈮的鈦箔和銅箔(或銅箔+鈦、鈮混合粉)復合中間層，在焊接過程中活化鑰銅合金與不銹鋼的待焊接觸表面，實現鑰銅合金與不銹鋼的擴散連接。含鈮的鈦箔和銅箔(或銅箔+鈦、鈮混合粉)的活化溫度范圍低于不銹鋼的軟化溫度。擴散連接時，復合中間層首先發生活化反應，分解出T1、Nb、Cu等活性原子并迅速擴散到鑰銅合金和不銹鋼的接觸表面。這一活化過程一方面激活鑰銅合金與不銹鋼接觸表面的原子，另一方面活性原子T1、Nb、Cu與鑰銅合金/不銹鋼界面處原子發生擴散反應，生成新的物相結構。活性原子T1、Nb、Cu在鑰銅合金/不銹鋼界面之間形成的擴散反應新相結構有利于促進鑰銅合金/不銹鋼界面形成良好的擴散結合，提高鑰銅合金/不銹鋼擴散焊接頭的結合強度性能。焊前將活性含鈮的鈦箔和銅箔(或銅箔+鈦、鈮混合粉)夾放在鑰銅合金與不銹鋼件之間，并在擴散連接過程中施加壓力，可以減小鑰銅合金、復合中間層與不銹鋼之間的微觀間隙，增大鑰銅合金和不銹鋼與中間層的接觸面積，促進T1、Nb、Cu與鑰銅合金/不銹鋼界面處的原子擴散，有利于擴散反應，提高連接界面的結合強度。采用本專利技術的添加復合中間層瞬間液相擴散連接鑰銅合金與不銹鋼的方法，在含鈮的鈦箔和銅箔(或銅箔+鈦、鈮混合粉)的作用下，完全實現了鑰銅合金與不銹鋼的擴散連接。并且，結合本專利技術方法中給出的瞬間液相擴散焊接參數，能夠獲得剪切強度達120MPa的鑰銅合金與不銹鋼的擴散連接接頭，可以滿足鑰銅合金與不銹鋼復合結構的使用要求。本專利技術的鑰銅合金與不銹鋼的連接方法具有成本低、工藝簡單方便，適用性強、便于推廣應用等優點。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術作進一步的說明。實施例1:40mmX 40mmX 3mm 的鑰銅合金板與 40mmX 40mmX 3mm 的 lCrl8Ni9Ti 奧氏體不銹鋼板的瞬間液相擴散連接。具體工藝步驟如下:(I)將鑰銅合金待焊表面用金相砂紙打磨，使其表面粗糙度達到Ra2.5μπι，然后用酒精將進行擦拭，吹干。另將ICrlSNiOTi不銹鋼片表面用15%的鹽酸進行酸洗8min，清水洗凈，吹干；用金相砂紙打磨不銹鋼的待焊表面，使其表面粗糙度達到Ra2.5 μ m，再用酒精將表面擦拭干凈，吹干。(2)在鑰銅合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的待焊接觸面之間，以鑰銅合金一鈦箔(含鈮粉)+銅箔+鈦箔(含鈮粉)-lCrl8Ni9Ti不銹鋼的順序依次夾放厚度為20 μ m鈦箔(重量為0.15g)、厚度為110 μ m銅箔和厚度為20 μ m鈦箔(重量為0.15g)，形成復合中間層，其中在兩側鈦箔的單面上分別均勻涂敷鈮粉0.06g，并將涂有鈮粉的表面與銅箔接觸，最后用上、下壓頭壓緊待焊件。(3)將夾有復合中間層的鑰銅合金與ICrlSNiOTi不銹鋼組合件置于真空擴散焊設備的真空室中進行液相擴散連接，工藝參數為:加熱速度為30°C /min，加熱溫度1050°C，保溫時間35min，壓力7MPa，真空度為4.5 X IO^5Pa0(4)待焊接完成后，真空室本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鉬銅合金與不銹鋼的瞬間液相擴散連接工藝，其特征在于：包括以下步驟：（1）焊前清理鉬銅合金與不銹鋼的待焊表面，并拭凈、吹干，直至露出金屬光澤；（2）在鉬銅合金與不銹鋼待焊接觸面之間添加復合中間層，然后將待焊工件置于真空室中，并用上、下壓頭壓緊；（3）待真空室的真空度抽至10?4Pa時，對裝配好的鉬銅合金與不銹鋼工件進行瞬間液相擴散焊，工藝參數為：加熱溫度1010～1080℃，加熱速度為25～40℃/min，保溫時間25～40min，壓力6～10MPa，真空度為10?4～10?5Pa；（4）焊后冷卻，取出鉬銅合金與不銹鋼焊接工件。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王娟，劉強，李亞江，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：