CN112406215B - 一种金属片及其制备方法和应用 - Google Patents
一种金属片及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112406215B CN112406215B CN202011272726.2A CN202011272726A CN112406215B CN 112406215 B CN112406215 B CN 112406215B CN 202011272726 A CN202011272726 A CN 202011272726A CN 112406215 B CN112406215 B CN 112406215B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- adsorption layer
- zinc
- copper foil
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 229
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 226
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 75
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 44
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 43
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 20
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 36
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 21
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910011212 Ti—Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 229920001744 Polyaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910010340 TiFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010336 TiFe2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZYTNDGXGVOZJBT-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb].[Nb].[Nb] ZYTNDGXGVOZJBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/18—Dissimilar materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/20—Inorganic coating
- B32B2255/205—Metallic coating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种金属片,包括铜箔层,和分别附着在铜箔层两侧的第一吸附层和第二吸附层;第一吸附层包括铌、钒、锌,第二吸附层包括铬、锌;其中,锌占第一吸附层或第二吸附层的质量百分比为5~15%;第一吸附层中铌和钒的质量比为2.5~3.5:1。还提供了金属片制备方法,分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料;使两种金属浆料分别均匀的附着在铜箔两侧表面。还提供了金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法。本发明提供的金属片本身具有较高的强度且降低了成本;制备过程简单,保证焊接质量。应用于钛合金和不锈钢焊接时,实现了逐层过渡,极大的提高焊接接头的强度。
Description
技术领域
本发明涉及异种金属焊接技术领域,特别涉及一种金属片及其制备方法,以及该金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法。
背景技术
将钛合金与不锈钢进行焊接,钛合金-不锈钢结构可使不锈钢的良好焊接性、耐磨性、低成本与钛合金的低密度和良好耐腐蚀性相结合,充分发挥两种材料在性能和经济上的互补优势。但是钛合金与不锈钢在物理和和化学方面的差异较大,直接连接形成接头的强度较低,不能在工业生产中大量应用。
经研究表明,在钛合金和不锈钢之间添加过渡金属,可获得较高强度的接头,实现钛合金与不锈钢的可靠连接。目前的过渡金属通常选用单一金属,但单一金属在异种金属连接中效果一般。较常用的单一金属是镍或铜,其中选用镍作为过渡金属时,由于镍和钛质检的扩散能力较强,在焊接的较长时间高温下,镍钛交界面又由形成金属间化合物薄层,因此接头强度受到限制。选用铜作为过渡金属时,焊接接头强度很低,钛合金和铜的焊接界面易发生断裂。
针对上述问题,现有技术也有使用多种金属制备成复合过渡层,其中采用钒、铌等贵重金属元素制备的复合过渡层可发挥出每层金属各自的优势,取得更好的连接效果,但是存在成本高的问题。
发明内容
本发明目的在于解决在钛合金和不锈钢焊接时,添加单一过渡金属连接效果一般,而复合过渡层成本高的问题。提供一种多层结构的金属片,可以作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接,金属片使用铜箔作为基体材料,并且添加锌元素,减少了贵重金属元素铌、钒的使用量,在不影响焊接质量的条件下,使金属片本身具有较高的强度且降低了成本;金属片的制备过程简单,能够精确控制所制备粉末层的厚度、密度,使得粉末能够均匀的附着在铜箔表面,保证焊接质量;作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接时,实现了逐层过渡,减少或避免因钛、铁原子直接接触而形成脆性金属间化合物的数量,极大的提高焊接接头的强度。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式公开一种金属片,包括铜箔层,和分别附着在铜箔层两侧的第一吸附层和第二吸附层;第一吸附层包括铌、钒、锌,第二吸附层包括铬、锌;其中,锌占第一吸附层或第二吸附层的质量百分比为5~15%;第一吸附层中铌和钒的质量比为2.5~3.5:1。
采用上述方案,采用多种金属材料构成多层结构的金属片,作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接,可以实现逐层过渡,提高焊接接头的强度。金属片使用铜箔作为基体材料,并且添加锌元素,减少了贵重金属元素铌、钒的使用量,在不影响焊接质量的条件下,使金属片本身具有较高的强度且降低了成本。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片,铜箔层的牌号为T4,厚度为0.4mm。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片,锌占第一吸附层或第二吸附层的质量百分比为10%;第一吸附层中铌和钒的质量比为3:1。
采用上述方案,接头具有最好的力学性能,对应的接头组织中Ti-Fe系脆性金属间化合物含量最少;接头抗拉强度可达到380MPa。
本发明的实施方式公开了一种金属片的制备方法,步骤包括,分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料的金属浆料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料;使两种金属浆料分别均匀的附着在铜箔两侧表面;
其中金属浆料的制备方法包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:1~3:15~25的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至90~100℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
其中,金属粉末中锌的质量百分比为5~15%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为2.5~3.5:1。
采用上述方案,金属片的制备过程简单,能够精确控制所制备粉末层的厚度、密度,使得粉末能够均匀的附着在铜箔表面,保证焊接质量。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片的制备方法,金属浆料分别均匀的附着在铜箔两侧表面的步骤包括:将一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片的制备方法,金属粉末的细度为350~450目。
采用上述方案,形成的第一或第二吸附层均匀细致。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片的制备方法,金属粘结剂包括聚乙烯醇。
采用上述方案,选择聚乙烯醇具有粘结性强,易溶于水,并且耐候性好、固化快,喷涂稳定好的优点。
本发明的实施方式还公开了一种金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,金属片为本发明提供的金属片;其中金属片的第一吸附层用于与钛合金焊接,第二吸附层用于与不锈钢焊接。
采用上述方案,第一、二吸附层中的金属元素与钛、铁原子固溶,形成有利于提高接头强度的固溶体,避免了钛、铁原子的直接接触,减少影响接头强度的钛铁脆性金属间化合物的产生。中间铜箔基体具有一定的厚度,可阻挡钛、铁原子的相互扩散,且强度比吸附层高,焊接时铜箔表面熔化,中间层不熔化,形成了两个接头,并通过铜箔连接在一起;实现了逐层过渡,减少或避免因钛、铁原子直接接触而形成脆性金属间化合物的数量,极大的提高焊接接头的强度。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的应用方法,应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,焊接的方式为电阻钎焊;焊接的接头形式为搭接,接头采用高温密封胶进行保护。
本发明的有益效果:
本发明提供一种多层结构的金属片,可以作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接,金属片使用铜箔作为基体材料,并且添加锌元素,减少了贵重金属元素(铌、钒)的使用量,在不影响焊接质量的条件下,使金属片本身具有较高的强度且降低了成本。金属片的制备过程简单,能够精确控制所制备粉末层的厚度、密度,使得粉末能够均匀的附着在铜箔表面,保证焊接质量。作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接时,实现了逐层过渡,减少或避免因钛、铁原子直接接触而形成脆性金属间化合物的数量,极大的提高焊接接头的强度。
附图说明
图1是本发明金属片的结构示意图;
图2是本发明金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接获得的接头的微观组织图;
图3是本发明金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接获得的接头的原子反应前示意图;
图4是本发明金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接获得的接头的原子反应中示意图;
图5是本发明金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接获得的接头的原子反应后示意图。
附图标记:
1:铜箔层;2:第一吸附层;3:第二吸附层;4:钛合金;5:不锈钢。
具体实施方式
为了下面的详细描述的目的,应当理解,本申请可采用各种替代的变化和步骤顺序,除非明确规定相反。此外,除了在任何操作实例中,或者以其他方式指出的情况下,表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此,除非相反指出,否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本申请所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内,每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。
本申请中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的并且不理解为限制性的。如本文中使用的,单数形式“一个(种)”和“该()”也意图包括复数形式,除非上下文清楚地另外指明。如本文中使用的,术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任意和全部组合。表述例如“......的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时修饰整个要素列表,而不修饰该列表的单独要素。
进一步,本申请中使用的术语“包括”或“包含”当用在本说明书中时,表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或组分,但不排除存在或增加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分、和/或其集合。
如本申请中使用的“约”或“大约”包括所描述的值并且意味着例如本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即,测量***的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。除非另外指明,否则组分的所有比率均指重量百分比(重量%);除非另外指明,所公开的所有参数范围包括端点值及其间的所有值。
应注意的是,在本说明书中,相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明的实施方式公开了一种金属片,如图1所示,包括铜箔层1,和分别附着在铜箔层两侧的第一吸附层2和第二吸附层3;第一吸附层2包括铌(Ni)、钒(V)、锌(Zn),第二吸附层3包括铬(Cr)、锌(Zn);其中,锌(Zn)占第一吸附层2或第二吸附层3的质量百分比为5~15%;第一吸附层2中铌(Ni)和钒(V)的质量比为2.5~3.5:1。
具体地,铜箔层1的牌号可以为T1、T2、T3、T4等,厚度可以为0.1-1mm,具体根据需要选择。第一吸附层2和第二吸附层3中锌(Zn)的质量百分比具体可以为5%、8%、10%、12%、15%等;第一吸附层2中铌(Ni)和钒(V)的质量比具体可以为2.5~3.5:1、2:1、3.5:1等。需要说明的是,第一吸附层2和第二吸附层3中锌(Zn)的质量百分比可以一样,也可以不一样;第一吸附层2、第二吸附层3的厚度可以等于铜箔层1的厚度,也可以大于或小于铜箔层1的厚度。在本发明中,如图1所示,优选第一吸附层2、第二吸附层3厚度小于铜箔层1的厚度,具体可以为0.02-0.1mm;其中第一吸附层2、第二吸附层2的厚度可以相等,也可以不相等。
采用上述方案,采用多种金属材料构成多层结构的金属片,作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接,可以实现逐层过渡,提高焊接接头的强度。金属片使用铜箔作为基体材料,并且添加锌元素,减少了贵重金属元素铌、钒的使用量,在不影响焊接质量的条件下,使金属片本身具有较高的强度且降低了成本。
根据本发明的另一具体实施方式,铜箔层的牌号为T4,厚度为0.4mm。
铜箔选用牌号为T4,其中纯铜含量为99.5%,厚度为0.4mm,使金属片在不影响焊接质量的条件下,进一步降低金属片成本。
根据本发明的另一具体实施方式,锌占第一吸附层或第二吸附层的质量百分比为10%;第一吸附层中铌和钒的质量比为3:1。
根据实验发现,金属片用于钛合金与不锈钢的焊接中,吸附层组分中锌含量发生变化时,对接头组织与性能有影响,当锌的质量百分比选用10%,铌和钒的质量比选用3:1时,接头具有最好的力学性能,对应的接头组织中Ti-Fe系脆性金属间化合物含量最少;接头抗剪切强度可达到380MPa。
本发明还公开了一种金属片的制备方法,步骤包括,分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料的金属浆料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料;使两种金属浆料分别均匀的附着在铜箔两侧表面。
其中金属浆料的制备方法包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:1~3:15~25的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至90~100℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
其中,金属粉末中锌的质量百分比为5~15%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为2.5~3.5:1。
具体地,分别制备铌、钒、锌为金属粉末原料的金属浆料和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料;再使金属浆料同时或依次在铜箔两侧表面均匀的附着。上述金属粉末是指达到一定细度的金属粉状物,例如细度可以为100目、200目、300目、400目、500目等。金属粘结剂能够增强金属粉末流动性以及维持金属形状,具体地,可以包括聚乙烯、聚丙烯、甲基纤维素、聚乙烯醇、改性聚醛树脂等的一种化合物或几种化合物行车聚合物等,只要能够使金属粉末粘合并稳定附着在铜箔表面即可。金属浆料均匀的附着在铜箔表面的方法可以采用高压喷涂、静电喷涂、压制等方法,只要能使金属浆料均匀的附着在铜箔表面即可。
采用上述方案,金属片的制备过程简单,能够精确控制所制备粉末层的厚度、密度,使得粉末能够均匀的附着在铜箔表面,保证焊接质量。
根据本发明的另一具体实施方式,金属浆料分别均匀的附着在铜箔两侧表面的步骤包括:将一种金属浆料加入到GR630高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
具体地,可以先将铌、钒、锌粉末制备成金属浆料后,加入到大功率高压喷涂机,在铜箔表面一侧进行喷涂,完成后进行烘干;再将铬、锌粉末制备成的金属浆料按照同样的步骤在铜箔表面的另一侧继续喷涂,完成后烘干,获得金属片。
根据本发明的另一具体实施方式,金属粉末的细度为350~450目。
理论上来说,金属粉末颗粒越细,比表面积也越大,易于成型;同时颗粒越细,金属粉末制备工艺复杂,成本越高。本发明根据实验确定粉末的细度为350~450目较为合理,形成的第一或第二吸附层均匀细致。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的金属片的制备方法,金属粘结剂包括聚乙烯醇。
采用上述方案,选择聚乙烯醇具有粘结性强,易溶于水,并且耐候性好、固化快,喷涂稳定好的优点。
本发明还公开了一种金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,金属片为本发明提供的金属片;其中金属片的第一吸附层用于与钛合金焊接,第二吸附层用于与不锈钢焊接。
异种金属焊接中,本发明提供的金属片作为过渡金属应用于钛合金和不锈钢焊接时,钛(Ti)原子与不锈钢中的铁(Fe)、铬(Cr)、碳(C)原子极易形成金属间化合物,特别是形成TiFe、TiFe2等脆硬的金属间化合物,使接头塑性下降,脆性增加。本发明的金属片作为过渡金属应用于钛合金与不锈钢的焊接中,图2为使用扫描电镜得到接头微观组织图,表明了焊接接头反应界面金属间化合物的形成情况,图中左侧为不锈钢5,邻接的为第二吸附层3;右侧为钛合金4,邻接的为第一吸附层2;中间为铜箔层1。从图2可以看出第二吸附层3与不锈钢5的连接界面、第一吸附层2与钛合金4的连接界面以及第一吸附层2、第二吸附层3与铜箔层1的连接界面都产生金属元素扩散,形成过渡层。
根据接头微观组织图分析接头原子反应情况,分析获得接头的原子反应情况,图3-5是本发明金属片应用于钛合金4与不锈钢5的焊接获得的接头的原子反应示意图,其中图3为反应前示意图,图4为反应中示意图,图5为反应后示意图;从图中可以看出,在热和力的作用下,第一吸附层2、第二吸附层3中的金属元素与钛(Ti)、铁(Fe)原子固溶,形成有利于提高接头强度的固溶体,避免了钛、铁原子的直接接触,减少影响接头强度的钛铁脆性金属间化合物的产生;且铜(Cu)与钛(Ti)、铁(Fe)、铌(Ni)、钒(V)、铬(Cr)等金属的相溶性好,形成大量固溶体。其中,钛(Ti)原子与铌(Ni)、钒(V)以及部分铜(Cu)原子固溶形成固溶体,铁(Fe)原子与铬(Cr)、铜(Cu)原子固溶发生冶金反应。中间铜箔基体具有一定的厚度,可阻挡钛(Ti)、铁(Fe)原子的相互扩散,且强度比吸附层高,焊接时铜箔层1表面熔化,中间不熔化,形成了两个接头,并通过铜箔连接在一起;实现了逐层过渡,减少或避免因钛(Ti)、铁(Fe)原子直接接触而形成脆性金属间化合物的数量,极大的提高焊接接头的强度。
需要说明的是,焊接方式可以为钎焊、扩散焊、电子束焊、激光焊等。
根据本发明的另一具体实施方式,本发明的实施方式公开的应用方法,应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,焊接的方式为电阻钎焊;焊接的接头形式为搭接,接头采用高温密封胶进行保护。
其中采用钎焊,能够保证钛合金与不锈钢连接的加工精度,并提高生产效率。高温密封胶起到防氧化密封作用。具体地,金属片与高温密封胶之间应预留合理的间隙;金属片在钛合金与不锈钢之间,钛合金与不锈钢夹持上下之间实现电阻焊钎工艺。更为具体地,金属片放置到外形尺寸均为厚1.5mm的钛合金板和不锈钢板之间进行电阻钎焊,其中,电阻钎焊的主要工艺为,焊接电流3-3.5KA的,电极压力0.4-0.5MPa,焊接时间2s。
下面以具体实施例对本发明金属片的制备方法和应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法作进一步详细描述。其中,金属片中铜箔层的牌号为T4,厚度为0.4mm;金属浆料附着在铜箔表面的方法采用高压喷涂;焊接的方式采用电阻钎焊。
实施例1
1.金属片的制备:
分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料:
其中,金属粉末中锌的质量百分比为5%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为2.5:1。
步骤包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:1:15的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至90℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
将一种金属浆料加入到GR630高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
2.金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法:
金属片放置到外形尺寸均为长200mm,宽40mm,厚1.5mm的钛合金板和不锈钢板之间进行搭接电阻钎焊,其中,电阻钎焊的主要工艺为,焊接电流3KA的,电极压力0.4MPa,焊接时间2s。
实施例2
1.金属片的制备:
分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料:
其中,金属粉末中锌的质量百分比为10%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为3:1。
步骤包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:2:20的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至95℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
将一种金属浆料加入到GR630高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
2.金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,
金属片放置到外形尺寸均为长200mm,宽40mm,厚1.5mm的钛合金板和不锈钢板之间进行搭接电阻钎焊,其中,电阻钎焊的主要工艺为,焊接电流3KA的,电极压力0.5MPa,焊接时间2s。
实施例3
1.金属片的制备:
分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料:
其中,金属粉末中锌的质量百分比为15%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为3:1。
步骤包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:2:25的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至100℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
将一种金属浆料加入到GR630高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
2.金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,
金属片放置到外形尺寸均为长200mm,宽40mm,厚1.5mm的钛合金板和不锈钢板之间进行搭接电阻钎焊,其中,电阻钎焊的主要工艺为,焊接电流3.5KA的,电极压力0.4MPa,焊接时间2s。
实施例4
1.金属片的制备:
分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料:
其中,金属粉末中锌的质量百分比为10%;以铌、钒、锌为原料的金属粉末中铌和钒的质量比为3.5:1。
步骤包括:
a.按质量比为金属粉末:金属粘结剂:水=5:3:20的比例称取金属粉末、金属粘接剂和水;
b.水加热至95℃,将金属粘接剂加入水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将金属粉末加入粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到金属浆料;
将一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种金属浆料加入到高压喷涂机中,在铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
2.金属片
金属片放置到外形尺寸均为长200mm,宽40mm,厚1.5mm的钛合金板和不锈钢板之间进行搭接电阻钎焊,其中,电阻钎焊的主要工艺为,焊接电流3.5KA的,电极压力0.5MPa,焊接时间2s。
对比例
以铜箔作为过渡金属应用于钛合金与不锈钢的焊接中,焊接方法同实施例4。
上述实施例1-4和对比例获得的接头进行拉伸试验,参照GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》,检测抗拉强度结果如下表:
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 对比例 |
抗拉强度(MPa) | 295 | 382 | 315 | 357 | 158 |
从结果可以看出,本发明提供的金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中,相比仅采用铜箔能够显著的提高了接头抗拉强度。并且抗拉强度可达到380MPa,表明本发明的提供的金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中,极大的提高焊接接头的强度。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式,已经对本发明进行了图示和描述,但本领域的普通技术人员应该明白,以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变,包括做出若干简单推演或替换,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (8)
1.一种金属片,其特征在于,包括铜箔层,和分别附着在所述铜箔层两侧的第一吸附层和第二吸附层;所述第一吸附层包括铌、钒、锌,所述第二吸附层包括铬、锌;其中,
所述锌占所述第一吸附层或所述第二吸附层的质量百分比为5~15%;所述第一吸附层中所述铌和所述钒的质量比为2.5~3.5:1;
所述铜箔层的牌号为T4,厚度为0.4mm。
2.根据权利要求1所述的金属片,其特征在于,所述锌占所述第一吸附层或所述第二吸附层的质量百分比为10%;所述第一吸附层中所述铌和所述钒的质量比为3:1。
3.一种金属片的制备方法,其特征在于,步骤包括,
分别制备以铌、钒、锌为金属粉末原料的金属浆料,和以铬、锌粉末为金属粉末原料的金属浆料;使两种所述金属浆料分别均匀的附着在铜箔层两侧表面;其中
所述金属浆料的制备方法包括:
a.按质量比为所述金属粉末:金属粘结剂:水=5:1~3:15~25的比例称取所述金属粉末、所述金属粘接剂和所述水;
b.所述水加热至90~100℃,将所述金属粘接剂加入所述水中使溶解,冷却至室温,得到粘接溶液;
c.将所述金属粉末加入所述粘接溶液中,搅拌使混合均匀,得到所述金属浆料;
其中,
所述金属粉末中锌的质量百分比为5~15%;以所述铌、所述钒、所述锌为原料的所述金属粉末中所述铌和所述钒的质量比为2.5~3.5:1;
所述铜箔层的牌号为T4,厚度为0.4mm。
4.根据权利要求3所述的金属片的制备方法,其特征在于,将所述金属浆料分别均匀的附着在所述铜箔两侧表面的步骤包括:
将一种所述金属浆料加入到高压喷涂机中,在所述铜箔表面一侧进行喷涂,烘干后;将另一种所述金属浆料加入到高压喷涂机中,在所述铜箔表面另一侧进行喷涂,烘干。
5.根据权利要求4所述的金属片的制备方法,其特征在于,所述金属粉末的细度为350~450目。
6.根据权利要求3-5任一项所述的金属片的制备方法,其特征在于,所述的金属粘结剂包括聚乙烯醇。
7.一种金属片应用于钛合金与不锈钢的焊接中的方法,其特征在于,所述金属片为权利要求1-2任一项所述的金属片;其中
所述金属片的第一吸附层用于与钛合金焊接,第二吸附层用于与不锈钢焊接。
8.根据权利要求7所述的应用方法,其特征在于,所述焊接的方式为电阻钎焊;所述焊接的接头形式为搭接,接头采用高温密封胶进行保护。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011272726.2A CN112406215B (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种金属片及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011272726.2A CN112406215B (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种金属片及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112406215A CN112406215A (zh) | 2021-02-26 |
CN112406215B true CN112406215B (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=74830949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011272726.2A Active CN112406215B (zh) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | 一种金属片及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112406215B (zh) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110936680A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-31 | 南京工业大学 | 一种用于钛/碳钢双金属复合的中间合金及复合工艺 |
-
2020
- 2020-11-12 CN CN202011272726.2A patent/CN112406215B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110936680A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-31 | 南京工业大学 | 一种用于钛/碳钢双金属复合的中间合金及复合工艺 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
以铌+铜为复合中间层扩散焊接钛合金/不锈钢接头的组织与性能;陈一帆等;《机械工程材料》;《机械工程材料》编辑部;20181020;第42卷(第10期);第77-86页 * |
钛/钢阻焊接头专用复合过渡金属片的研制;乔永丰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ι辑》;中国学术期刊(光盘版)电子杂志社;20190915;第11-29页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112406215A (zh) | 2021-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100445016C (zh) | 一种电阻焊铜合金电极及其制造方法 | |
CN100382923C (zh) | 不同类型材料的电阻焊接方法、以及铝合金材料和不同类型材料的电阻焊接部件 | |
CN101350255B (zh) | 铜铬-铜复合触头材料及其制造方法 | |
Liu et al. | Pressureless brazing of zirconia to stainless steel with Ag–Cu filler metal and TiH2 powder | |
KR20160089429A (ko) | 브레이징을 위한 예비성형체 | |
CN108690946B (zh) | 一种喷焊粉末材料及其制备方法和应用 | |
CN111468719B (zh) | 一种银氧化锡片状电触头及其制备方法 | |
CN109454321B (zh) | 一种钨/钢圆筒结构件的热等静压扩散连接方法 | |
CN109136785B (zh) | 适用于增材制造的奥氏体不锈钢 | |
CN111390426A (zh) | 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法 | |
DE102017129388A1 (de) | Kontaktanordnung für elektrische Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung | |
CN101760663A (zh) | 铜合金,制造铜合金的方法,复合铜材料和制造复合铜材料的方法 | |
CN109267020A (zh) | 一种铝氮钪合金靶材的制备方法和应用 | |
CN110877147B (zh) | 一种钢和铝的非对称电阻点焊方法 | |
CN112406215B (zh) | 一种金属片及其制备方法和应用 | |
CN116900434B (zh) | 一种提高铝合金电阻点焊电极耐磨性的方法 | |
CN113814607A (zh) | 钛-钢复合材料电弧熔-钎焊制备用过渡层焊丝及方法 | |
CN103464875A (zh) | 基于镍基自熔合金粉末的氩弧熔覆材料 | |
CN110484916A (zh) | 一种高速及超高速激光熔覆用镍基合金粉末 | |
CN113528884B (zh) | 铜基中间层合金及其制备方法、陶瓷和无氧铜的复合连接件及其焊接方法 | |
CN113172365B (zh) | 一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法 | |
CN113789510B (zh) | 铜-钢复合板过渡层激光熔覆用粉末及方法与坡口形式 | |
CN103874774B (zh) | Ni基耐蚀耐磨耗合金 | |
CN107022321A (zh) | 一种柔性粘带钎料及其制备方法 | |
CN105118702B (zh) | 铜合金材料用粉体组合物、复合材料层、电触头及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |