[发明专利]采用自耗性中间层的互不固溶金属钼与铜的扩散连接方法

说明书

本发明公开了一种采用自耗性中间层的互不固溶金属钼与铜的扩散连接方法，包括如下步骤：S1，钼和铜母材的前处理：对钼和铜母材的待焊接面进行机械或化学处理，以去除母材的待焊接面的表面油污和氧化层，达到连接工艺要求；S2，在钼和铜母材待焊接面之间制备钛中间层；S3，将钛中间层与两侧母材进行扩散连接：将装配好的钼‑钛中间层‑铜组合构件放入真空炉中，按照工艺要求对钼或铜施加一定压力，在工艺要求的温度、连接状态下保温一定时间，促进钛中间层向两侧母材充分扩散和稀释，直至钛中间层在两侧母材的连接界面浓度处于其在两母材中的固溶度以内，使钼、铜接头的强度达到工艺要求。

技术领域

本发明涉及一种金属连接技术，具体涉及一种采用自耗性中间层的互不固溶金属钼与铜的扩散连接方法。

背景技术

金属钼及其合金具有高熔点、良好导电率、低溅射侵蚀产量和低线膨胀系数等性能优势，在核能发电等极端环境中具有极为重要的应用前景。而铜具有优异的热导率，因而，将钼/铜连接制成复合材料，则可以充分挖掘两种材料的性能优势，大大扩展材料的应用范围。比如，钼/铜层状复合材料是核聚变装置热沉材料的首选。

然而钼/铜之间的连接困难极大。二者物理性能（熔点、线膨胀系数、热导率等）相差巨大，常规的焊接方法难以实现二者的有效熔合。更为严重的是，从物理冶金的角度，钼/铜二者完全不互溶。二者间即无法通过冶金反应生成金属间化合物，也无法通过元素扩散生成固溶体，这使得二者的连接极难实现。即便是采用特殊的固态连接方法，如扩散连接或热等静压连接，得到的钼/铜界面连接强度也较为有限。为克服互不固溶异种金属界面连接的巨大难题，目前已有一定的研究基础。文献[Zhang J., Shen Q et al.,Microstructure and bonding strength of diffusion welding of Mo/Cu joints withNi interlayer. Materials Design, 39 (2012) 81–86]报道了一种采用镍箔做中间层的钼/铜扩散连接，其接头有大量的镍残留，这会导致材料性能的改变，比如镍会带来铁磁性。同时，通过相图分析可以发现，目前尚未有一种金属能同时实现与Mo和Cu完全互溶，因而常规的采用中间层的扩散连接方法不可避免地会在接头中引入金属间化合物的生成。众所周知金属间化合物往往呈现出巨大的本征脆性，严重恶化接头力学性能。专利（CN201110008862.5）提出了通过辐照损伤合金化来促进不互溶体系的界面连接。诚然，该法可在一定程度上解决不互溶体系难以扩散的问题，并实现界面冶金连接，但此法严重依赖于离子注入技术，工艺繁琐，成本高昂。专利（CN201310593853.6）提出了一种直接扩散连接Mo/Cu的键合方法。具体而言，在扩散连接中，设置连接温度接近铜母材熔点，保温时间2小时。通过此法，得到钼/铜接头强度可达203 MPa。但一方面，该方法连接温度过高，接近铜母材熔点，容易导致母材晶粒剧烈长大和性能下降；另一方面，即便在如此高的连接温度下，接头界面连接强度仍低于母材强度。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种制作成本低，接头界面连接强度高，且接头处不会有中间层残留的一种采用自耗性中间层的互不固溶金属钼与铜的扩散连接方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：