[发明专利]一种铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法

说明书

一种铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法，涉及金属材料的连接技术领域，将铜/铜合金和钢的待焊面打磨、清洗后对接组装，在对接面之间铺设去膜剂或含有去膜剂的金属夹层，装配得到连接件，所述去膜剂为B、Li、B₂O₃、H₃BO₃、KF、LiF、AlF₃、CaF₂或硼酸盐中的至少一种；将连接件放在扩散焊炉的上压头和下压头之间，并施加1.0～1.5Mpa的预压力，对扩散焊炉抽真空至炉中真空度不高于800Pa时开始加热，炉内温度达到600～850℃时，对连接件施加4～10Mpa的轴向压力，保温保压6～30min；连接件扩散焊完成后，卸去压力，随炉冷却即可。本发明可以在低真空低焊接温度条件下，实现铜/铜合金与钢的扩散连接，焊接过程中无元素挥发。

技术领域

本发明涉及金属材料的连接技术领域，尤其是涉及一种铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法。

背景技术

铜及铜合金具有优异的延展性、减摩性、导电导热性能，广泛应用于轴瓦、衬套、滑动轴承、热交换器、火箭推力室、复合管道、弹带、电极等众多领域。然而铜及铜合金强度低易变形，难以满足工程要求。同时，随着铜资源的大量开发利用，其价格逐年升高，这些问题严重制约着其长远发展。钢材价格便宜且具有较高的强度，为此，工程上常将铜/钢异类金属连接复合材料使用。

铜及铜合金与钢的连接可采用熔焊、钎焊及扩散焊等方法。由于铜、钢两种材料在化学及热物理性能等方面有显著差异，使其焊接冶金过程极其复杂，铜及铜合金与钢的熔焊主要存在铜侧难熔合、热裂纹和母材性能下降等问题，在铜及铜合金与不锈钢焊接时还会产生渗透裂纹。钢与铜及铜合金较精密的焊接，宜采用钎焊，但钎焊时易降低接头的耐腐蚀性能，接头强度较低，使用范围受到一定限制。铜及铜合金与钢的扩散焊可克服熔焊和钎焊时存在的不足，获得高质量的接头，但由于铜及铜合金与O₂的亲和力大，其与钢的扩散焊需要较高的真空度和焊接温度。扩散焊常用的工艺参数为：真空度为10^-2～10^-5Pa，焊接温度为850～950℃，保温时间20～60min，焊接压力5MPa。对于10^-2～10^-5Pa的真空度，一方面扩散焊炉需要配备昂贵的高真空系统，生产成本高，扩散炉抽到此真空度下时间长，生产效率低；另一方面在高温高真空度条件下，铜及铜合金中的Cu和其他合金元素容易挥发，黏附在扩散炉壁、炉膛或扩散炉加热电阻丝上，不仅污染扩散炉，还会影响加热电阻丝的导电性能，损坏扩散炉的使用性能。

发明内容

本发明的目的正是为解决铜及铜合金与钢扩散焊时成本高、效率低和元素易挥发等问题，而提供一种用于铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法。本发明可以在低真空低焊接温度条件下，实现铜及铜合金与钢的扩散连接，焊接过程中无元素挥发。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法，包括如下步骤：

（1）、将铜/铜合金、钢的待焊面依次进行碱洗、酸洗、砂纸打磨和酒精中超声波清洗，之后吹干备用；

（2）、将铜/铜合金与钢的待焊面对接组装，在对接面之间铺设去膜剂或含有去膜剂的金属夹层，装配得到连接件；

所述去膜剂为B、Li、B₂O₃、H₃BO₃、KF、LiF、AlF₃、CaF₂或硼酸盐中的至少一种；

（3）、将连接件放在扩散焊炉的上压头和下压头之间，对连接件施加1.0～1.5Mpa的预压力，关闭炉门；

（4）、对扩散焊炉抽真空至炉中真空度不高于800Pa时，开始加热，加热速率为5～12℃/min，当炉内温度达到600～850℃时，对连接件施加4～10Mpa的轴向压力，保温保压6～30min；