CN108907492A - 一种钼/钢接头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钼/钢接头及其制备方法。所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构,包括:分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层。其制备方法包括下述步骤:1、称取适量的Ni76CrP焊粉,加入丙三醇调和,得Ni76CrP膏状焊料;2、在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间,合拢钢块和钼块,最后施加10kPa的载荷,将整体钎焊,所述钎焊的条件为真空下,升温至1000‑1100℃并保温10min,得到钼/钢接头。本发明制备方法简单,易于操作,原料成本低廉;制得的连接钼/钢接头,其连接层均匀致密,接头界面结合良好,无裂纹及孔隙等缺陷,接头连接强度较高。
Description
技术领域
本发明属于异种材料的连接技术领域,涉及钼/钢的连接,具体地涉及一种钼/钢接头及其制备方法。
背景技术
难熔金属钼由于具有高温性能好、熔点高、热膨胀系数小、导热及导电性能优异、抗磨损性能和抗腐蚀性能强、抗热震性能以及机械性能好的特点,使其在冶金、化学及金属加工、航空领域和核工业、电子工业以及军事工业等领域获得广泛的应用。在实际工程应用,为了满足各种耐热、耐蚀等特殊环境的要求,单一的材料往往很难达到,需要将不同的材料连接在一起使用。而不锈钢是一种结构耐蚀材料,也是一种热沉材料,生产实际中需要将二者连接在一起,比如某些需要冷却的装置以及一些传感器装置等。
连接钼/钢常用的方法主要有弧焊、TIG焊接等,弧焊主要存在的焊接缺陷为气孔和热裂纹等,TIG焊接方法大量热量输出导致焊件热影响区较大,使焊接效率比较低,且仍存在许多气孔的缺陷。采用钎焊连接的钼/钢接头的连接层均匀致密,无明显裂纹及孔隙等缺陷。使用的焊料主要有Ni基焊料等。由于钼、钢之间的热膨胀系数差异较大,会导致连接后在接头中存在较大残余热应力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足,提供一种钼/钢接头及其制备方法,该接头具有较高的连接强度,连接面无裂纹或空隙。所述接头的制备方法简单,原料成本低,适于工业化生产,且该制备方法可很好地缓解接头的残余热应力。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案如下:
一种钼/钢接头,其特征在于,所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构,包括:分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层。
按上述方案,优选地,所述金属箔为W箔(钨箔)或Ni箔(镍箔)。
按上述方案,优选地,所述金属箔的厚度为50μm。
按上述方案,优选地,按重量百分比,所述Ni76CrP焊料的化学组成如下:
Cr 13-15%,P 9.7-10.5%,B 0.02%,Si 0.1%,Fe 0.2%,C 0.06%,Ni余量。
本发明还提供了上述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
1、称取适量的Ni76CrP焊粉,加入丙三醇调和,得Ni76CrP膏状焊料;
2、在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间,合拢钢块和钼块,将整体钎焊,得到钼/钢接头。
按上述方案,优选地,所述的钼块的待连接端面、钢块的待连接端面以及金属箔的两面均经过打磨(目的是去除表面的氧化物)和超声清洗处理。更优选地,所述超声清洗的洗涤剂为酒精,所述超声清洗的时间为30min。
按上述方案,优选地,步骤2中所述钎焊所用的设备为钼丝真空炉。
按上述方案,优选地,步骤2中所述钎焊的条件为真空下,施加10kPa的载荷,升温至1000-1100℃并保温10min。
本发明的基本原理如下:
在Ni76CrP焊料的基础上添加金属箔,添加的金属箔层可为硬金属中间层或软金属中间层,其中硬金属中间层如W箔的热膨胀系数与钼接近,可在连接过程中将接头处的残余热应力转移到中间层;而软金属中间层如Ni箔可通过自身的塑性变形来吸收接头的残余热应力,这两者均可缓解接头的残余热应力,从而提高接头性能。
本发明的主要优点是:
(1)本发明制备方法简单,易于操作,原料成本低廉;
(2)本发明中,将钼/钢接头的连接层设计为具有“三明治”式的三层结构,即在两层Ni76CrP焊料的基础上添加金属箔层,可很好地缓解接头的残余热应力,从而提高接头性能。
(3)本发明中制得的连接钼/钢接头,其连接层均匀致密,接头界面结合良好,无裂纹及孔隙等缺陷等。
(4)本发明中制得的钼/钢接头,其接头连接强度较高,可达95MPa以上。
附图说明
图1是本发明提供的连接层具有“三明治”结构的钼/钢接头的结构示意图。
图2是实施例1所得添加W箔的钼/钢接头界面区域的微观形貌图。
图3是实施例2所得添加Ni箔的钼/钢接头界面区域的微观形貌图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明,实施例仅用于说明本发明可行,不用于限制本发明保护的权利范围。如无特别说明,下述实施例中提及的所有原料均可市售获得。
下述各实施例中所用Ni76CrP粉为由南宫市锐利合金焊接材料有限公司提供的BNi-7钎焊粉末,其各组分的含量按重量百分比为:Cr 13-15%,P 9.7-10.5%,B 0.02%,Si 0.1%,Fe 0.2%,C 0.06%,余量为Ni。
实施例1
制备连接层具有“三明治”结构、添加W箔的钼/钢接头,具体步骤如下:
1、称取0.2g的Ni76CrP粉,加入丙三醇溶剂调和成粘稠膏状,得Ni76CrP膏状焊料。
2、将厚度为50μm的W箔先用砂纸打磨,去除W箔两面的表面的氧化物,然后放入酒精中超声清洗30min。
3、将钼块与钢块的待连接端面用金相砂纸逐级打磨,再放进超声波清洗机中清洗30min,然后用吹风机吹干备用。
4、先在钢块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,然后放置W箔,再在钼块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,将其盖在W箔上,最后施加10kPa的载荷,将整体放入钼丝真空炉中,开启加热程序,并在1040℃保温10min,然后随炉冷却至室温,取出样品,得到添加W箔的钼/钢接头。
对本实施例制得的钼/钢接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试,接头剪切强度大于95MPa。
图2为本实施例所得添加W箔的钼/钢接头的连接层界面区域微观形貌图,从图中可以看出,连接层与钼和钢母材界面结合良好,连接层均匀致密,无裂纹和孔隙等缺陷。
实施例2
制备连接层具有“三明治”结构、添加Ni箔的钨/钢接头,具体步骤如下:
1、称取0.2g的Ni76CrP粉,加入丙三醇溶剂调和成粘稠膏状,得Ni76CrP膏状焊料。
2、将厚度为50μm的Ni箔先用砂纸打磨,去除Ni箔两面的表面的氧化物,然后放入酒精中超声清洗30min。
3、将钼块与钢块的待连接端面用金相砂纸逐级打磨,再放进超声波清洗机中清洗30min,然后用吹风机吹干备用。
4、先在钢块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,然后放置Ni箔,再在钼块上涂覆步骤1得到的Ni76CrP膏状焊料,将其盖在Ni箔上,最后施加10kPa的载荷,将整体放入钼丝真空炉中,开启加热程序,并在1040℃保温10min,然后随炉冷却至室温,取出样品,得到添加Ni箔的钼/钢接头。
对本实施例制得的钼/钢接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试,接头剪切强度大于95MPa。
图3为本实施例所得添加Ni箔的钼/钢接头的连接层界面区域的微观形貌图,从图中可以看出钼与钢之间连接良好,接头界面处平整,没有明显的孔隙和裂纹。
Claims (9)
1.一种钼/钢接头,其特征在于,所述钼/钢接头的连接层具有“三明治”式三层结构,包括:分别用来与钼及钢连接的Ni76CrP焊料层各一层和位于所述两层Ni76CrP焊料层中间的金属箔层。
2.根据权利要求1所述的钼/钢接头,其特征在于,所述金属箔为W箔或Ni箔。
3.根据权利要求2所述的钼/钢接头,其特征在于,所述金属箔的厚度为50μm。
4.根据权利要求1所述的钼/钢接头,其特征在于,按重量百分比,所述Ni76CrP焊料的化学组成如下:
Cr 13-15%,P 9.7-10.5%,B 0.02%,Si 0.1%,Fe 0.2%,C 0.06%,Ni余量。
5.权利要求1~4任一项所述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
1)称取适量的Ni76CrP焊粉,加入丙三醇调和,得Ni76CrP膏状焊料;
2)在钢块和钼块的待连接端面上各涂覆一层步骤1)得到的Ni76CrP膏状焊料,然后将金属箔置于所述两层Ni76CrP膏状焊料的中间,合拢钢块和钼块,将整体钎焊,得到钼/钢接头。
6.根据权利要求5所述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,所述钼块的待连接端面、钢块的待连接端面以及金属箔的两面均经过打磨和超声清洗处理。
7.根据权利要求6所述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,所述超声清洗的洗涤剂为酒精,所述超声清洗的时间为30min。
8.根据权利要求5所述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述钎焊所用的设备为钼丝真空炉。
9.根据权利要求5所述钼/钢接头的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述钎焊的条件为真空下,施加10kPa的载荷,升温至1000-1100℃并保温10min。
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