一种钨合金与钼合金的连接方法技术

本发明专利技术是一种钨合金与钼合金的连接方法，具体是：先在钨合金、钼合金表面沉积超薄铜薄膜或者添加超薄铜箔，然后利用等离子活化烧结连接工艺，在轴向压力为5～30MPa，真空度≤0.1Pa，活化时间为20～100s，升温速率为80～200℃/min，和在650～850℃、保温300～1200s工艺条件下，实现钨合金与钼合金的低温高强连接。本发明专利技术的优点是引入超薄铜活性中间层显著降低难熔金属钨合金与钼合金的连接温度和提高其连接强度，首次在极低温度下实现了钨合金与钼合金的低温、快速、高强连接，剪切强度达到224.8MPa，较钨钼直接连接相比强度提高了近7倍；极大的降低了连接温度，提高了连接接头的可靠连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及难熔金属钨与钼的连接领域，特别是通过添加超薄铜中间层，用电场活化连接技术对钨合金与钼合金进行低温高强连接的连接方法。
技术介绍
金属钨是熔点最高的金属，其熔点高达3422℃，密度19.3g/cm3，钨及钨合金具有高的高温强度，弹性模量高，热膨胀系数小，优良的耐化学腐蚀性，以及良好的电子发射性能等优点。因此钨及其合金广泛应用于航空航天、核工业、兵器工业、电力电子等诸多领域。随着工业的发展以及科学技术的进步，人们发现钼是一种具有十分重要战略意义的稀有金属。相对于钨而言，钼的熔点低、密度小。钼及其合金同样具有一系列优异的性能，例如高弹性模量、热膨胀系数低、优越的高温蠕变性能等等，因而钼及钼合金在机械、化工、国防、电子、航空航天以及核工业等领域应用广泛。钨与钼都属于难熔金属，两者应用领域都十分广泛并且应用领域有交叉，在某些特定的场合也涉及钨与钼的连接问题。电子真空器件在国防和重要的通信领域具有广泛的应用，被称为现代信息化武器装备的心脏。电子真空器件的热阴极是由经过处理的金属钨构成，与热阴极直接接触的套筒是由金属钼加工而成，为了达到微波管工作的稳定性和寿命等要求，热阴极与套筒之间必须达到可靠的密封连接。因此研究钨与钼异种金属连接不仅具有科研价值，在实际应用中也具有十分重要的意义。近年来有学者希望通过添加中间层来解决钨与钼扩散焊接温度高的问题。C.C.Lin等人通过添加Pd箔焊接，接头界面致密，并且界面处没有脆性金属间化合物相的形成，得到良好的焊接接头(参见文献：C.C.Lin,et al.Brazing porous tungsten and molybdenum using palladium and titanium foils[J].Int.Journal of Refractory Metal and Hard Materials,2012,31:284-287.)。Frank Ferrer Sene等人用Ni-Mo合金填料作为中间层对多孔W与Mo异种金属进行焊接，焊接界面个元素扩散充分，得到的焊接接头的平均焊接强度为87.9MPa(参见文献：Frank Ferrer Sene,Cláudio Costa Motta.Synthesis and Characterization of Ni-Mo Filler Brazing Alloy for Mo-W Joining for Microwave Tube Technology[J].Materials Research,2013,16(2):417-423.)。目前，添加超薄铜中间层对难熔金属钨与钼的低温高强焊接连接尚未报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供了一种超薄铜中间层，并通过电场活化烧结连接技术对钨合金与钼合金进行低温高强连接的方法。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的钨合金与钼合金的连接方法，具体是：先在钨合金、钼合金表面沉积超薄 铜薄膜或者添加超薄铜箔，然后利用等离子活化烧结连接工艺，在轴向压力为5～30MPa，真空度≤0.1Pa，活化时间为20～100s，升温速率为80～200℃/min，和在650～850℃、保温300～1200s工艺条件下，实现超薄铜或超薄铜箔做中间层的钨合金与钼合金的低温高强连接。所述的超薄铜薄膜，是采用磁控溅射沉积工艺在钨合金与钼合金表面沉积超薄铜薄膜，沉积温度为200～650℃。所述的超薄铜薄膜的质量纯度为99.99％，厚度为0.2～1μm。所述的超薄铜箔的质量纯度为99.99％，厚度为5～20μm。所述的钨合金为93W4Ni3Fe或者97W2NiFe钨合金，或者由纯钨替代。所述的钼合金为Mo1或者TZM钼合金，或者由纯钼替代。本专利技术提供的上述钨合金与钼合金的连接方法，其在适用于其它异种金属尤其是难熔金属材料的低温、快速、高强连接中的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下主要特点：1.在实现难熔金属钨合金与钼合金时，添加低熔点、塑性良好的铜作为中间层；其次，沉积超薄铜薄膜时对钨合金与钼合金基板进行加热，提高了铜薄膜与基板的原子接触，促进了界面原子之间的相互扩散；添加超薄铜薄膜作为中间层，将难熔金属钨合金与钼合金的直接焊接转化为铜薄膜的连接。2.采用电场活化连接工艺可以进一步降低连接温度，电场活化连接工艺是颗粒间放电、脉冲电流加热和加压相互作用，因此具有很高的热效率，升温速率快、连接时间短，可以极大缩短连接工艺周期。3.本方法工艺简单，周期短，适应性强，利于推广，适用于其它异种金属(尤其是难熔金属)材料的低温、快速、高强连接。总之，本专利技术添加铜箔中间，或者在钨合金、钼合金表面沉积超薄铜薄膜中间层，利用电场活化连接技术，在真空条件下实现了钨合金与钼合金的低温、高强连接，极大降低了连接温度、提高了连接的可靠性。在铜薄膜厚度0.8μm，薄膜沉积温度为600℃；连接温度700℃，压力为20MPa的条件下保温900s，得到的焊接接头的剪切强度高达224.8MPa。附图说明图1是本专利技术超薄铜薄膜中间层的工艺流程图。图2是本专利技术铜箔中间层的工艺流程图。图3是利用磁控溅射技术在钼合金表面沉积0.5μm厚度的超薄铜薄膜的表面显微结构扫描电镜二次电子图。图4是焊接温度700℃，焊接压力20MPa，保温时间900s焊接条件下，超薄铜薄膜中间层焊接接头界面显微结构扫描电镜背散射电子图。图5是焊接温度700℃，焊接压力20MPa，保温时间900s焊接条件下，超薄铜薄膜中间层焊接接头界面元素分布的线扫描图。图6是焊接温度700℃，焊接压力20MPa，保温时间900s焊接条件下，超薄铜薄膜中间层焊接接头钨合金侧断口显微结构扫描电镜背散射电子图。图7是焊接温度700℃，焊接压力20MPa，保温时间900s焊接条件下，超薄铜薄膜中间层焊接接头钼合金侧断口显微结构扫描电镜背散射电子图。具体实施方式本专利技术提供的一种难熔金属钨合金与钼合金超薄低温扩散连接制备方法，其主要工艺流程如下，在钨合金、钼合金表面沉积超薄铜薄膜或者添加超薄铜箔，利用电场活化连接技术，在真空条件下实现了钨合金与钼合金的低温高强连接。下面结合实施例及附图对本专利技术做进一步说明，但并不局限于下面所述的内容。实施例1图1是本专利技术超薄铜薄膜中间层的工艺流程图。钨合金待焊件是尺寸为Φ25mm×8mm的93W4Ni3Fe钨合金，钼合金待焊件是尺寸为Φ25mm×8mm的Mo1钼合金，磁控溅射沉积超薄铜薄膜，薄膜厚度为0.4μm，沉积温度为600℃。扩散焊接工艺条件是：焊接温度700℃，焊接压力20MPa，保温时间为900s。其具体步骤如下：1.原料钨合金与钼合金的机械加工及表面清理：用超精密平面磨床将钨合金与钼合金加工成圆薄片，焊前用600#、1000#、1500#、2000#SiC砂纸打磨圆薄片的待焊面，然后用高精密抛光机对打磨面进行抛光，将抛光后的钨合金与钼合金放入有机溶剂中，利用超声清洗机超声清洗5min。所述的有机溶剂，是采用摩尔浓度为99.9％的乙醇。2.钨合金与钼合金待连接面的磁控溅射沉积超薄铜薄膜：将待焊件，即步骤1处理后的钨合金与钼合金放入高真空磁控溅射设备样品室腔体中，待腔体真空度达到10-3～10-4Pa后，采用磁控溅射沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨合金与钼合金的连接方法，其特征是先在钨合金、钼合金表面沉积超薄铜薄膜或者添加超薄铜箔，然后利用等离子活化烧结连接工艺，在轴向压力为5～30MPa，真空度≤0.1Pa，活化时间为20～100s，升温速率为80～200℃/min，和在650～850℃、保温300～1200s工艺条件下，实现钨合金与钼合金的低温高强连接。

【技术特征摘要】
1.一种钨合金与钼合金的连接方法，其特征是先在钨合金、钼合金表面沉积超薄铜薄膜或者添加超薄铜箔，然后利用等离子活化烧结连接工艺，在轴向压力为5～30MPa，真空度≤0.1Pa，活化时间为20～100s，升温速率为80～200℃/min，和在650～850℃、保温300～1200s工艺条件下，实现钨合金与钼合金的低温高强连接。2.如权利要求1所述的钨合金与钼合金的连接方法，其特征在于所述超薄铜薄膜是采用磁控溅射沉积技术在钨合金与钼合金表面沉积超薄铜薄膜，沉积温度为200～650℃。3.如权利要求1所述的钨合金与钼合金的连接方法，其特征在于所述的超薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：张联盟，饶梅，罗国强，沈强，王传彬，张建，朱翰为，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42