[发明专利]一种基于钨环内表面纳米多孔化的钨—铬锆铜穿管结构连接方法

说明书

本发明公开一种基于钨环内表面纳米多孔化的钨—铬锆铜穿管结构连接方法，包括钨环内表面阳极氧化多孔化、钨环内表面电镀铜、钨环与铬锆铜管连接等步骤，对钨环内表面进行阳极氧化处理，制备出纳米多孔结构；将内表面纳米多孔化的钨环放入含有硫酸铜、乙二胺四乙酸二钠、氢氧化钠、酒石酸钾钠、硝酸钾和超纯水的电镀液中电镀铜，并在高温进行扩散退火，获得钨环镀铜块；将钨环镀铜块、中间层或钎料、铬锆铜管进行组装，进行高温加热连接，快速冷却并进行时效处理，以恢复铬锆铜管的力学性能。本发明制备工艺简单、电镀液稳定无污染、生产成本低，并且钨环与铬锆铜管之间具有良好的结合强度，适合大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及金属复合/连接技术领域，更加具体地说涉及一种基于钨环内表面纳米多孔化的钨/铬锆铜穿管结构连接方法。

背景技术

受控热核聚变能有望成为新世纪主要能源之一，国际热核聚变实验堆(ITER)装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。偏滤器是ITER装置的一个非常重要的部分，其在聚变堆中的主要功能是屏蔽杂质，排出来自聚变堆中心的粒子流和热流以及核聚变反应产生的氦灰。偏滤器工作环境特殊、恶劣，要面对温度高达几亿度的等离子体，表面的热通量高达5～20MW/m²。为解决上述问题，ITER的偏滤器往往被设计成模块结构，其靶板部分采用钨/铬锆铜穿管结构。

钨/铬锆铜穿管结构为外部为钨环，内部为铬锆铜管的一种穿管结构。外部的钨环面向高温的等离子体，内部的铬锆铜管用于通水排热。显然，钨/铬锆铜穿管结构的制备涉及到钨与铬锆铜的连接工艺。目前，钨/铬锆铜穿管结构的制备工艺主要有热等静压、胀管热扩散焊接等方法。但上述两种方法生产效率低，设备工艺复杂，结合强度差，废品率高，这导致其制备成本高昂，需要开发高效、设备工艺简单的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于钨环内表面纳米多孔化的钨/铬锆铜穿管结构连接方法，本发明制备工艺过程简单、电镀液稳定无污染，无需复杂的装备、不采用极端工艺参数，连接效率高、生产成本低、可重复性好，适用于钨的复杂曲面，为钨/铬锆铜穿管结构的制备提供了新的途径。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于钨环内表面纳米多孔化的钨—铬锆铜穿管结构连接方法，按照下述步骤进行：

步骤1，在钨环内表面设置纳米多孔钨结构

以外表面保护的钨环作阳极，在氟化钠和氢氟酸的电解液中进行阳极氧化，使钨环内表面形成纳米多孔氧化钨，在氢气气氛中将钨环进行脱氧处理，使钨环内表面形成纳米多孔钨结构；

在步骤1中，使用铂片作阴极。

在步骤1中，在电解液中，以水或者超纯水为溶剂，以氟化钠(NaF)和氢氟酸(HF)为溶质，氟化钠的质量百分数为0.1—0.5％，优选0.2—0.4％；氢氟酸的体积百分比为0.1—0.5％，优选0.2—0.4％。

在步骤1中，进行阳极氧化时，工艺参数：在室温下，先在60±5V电压下氧化30—90min，优选60—80min；然后在40±5V电压下继续氧化30—90min，优选60—80min；阴极与阳极的间距为1—5cm，优选3—5cm。

在步骤1中，进行脱氧处理时，在氢气气氛下，将阳极氧化处理后的钨环自室温以每分钟5—10摄氏度的速度加热至600—700℃，保温时间为1—5h，随炉冷却，优选650—700摄氏度下保温3—5h。

步骤2，在钨环内表面镀铜

将经过步骤1处理的钨环作阴极进行镀铜，之后进行高温扩散退火以实现钨铜之间的合金化，形成钨环镀铜块

在步骤2中，进行镀铜时，以纯铜板作阳极。