[发明专利]一种利用多中间层钎料焊接钛与铜的连接结构以及钎焊方法

说明书

本发明公开了一种利用多中间层钎料焊接钛与铜的连接结构，包括钛母材和铜母材，钛母材和铜母材的待焊接面之间设有多中间层结构，多中间层结构包括钎料1和钎料2，钎料1和钎料2之间设有难熔金属中间层，难熔金属中间层在钎焊温度范围内不熔化；钎料1位于钛母材与难熔金属中间层之间，且在钎焊温度下熔化实现扩散钎焊连接；钎料2位于难熔金属中间层与铜母材之间，且在钎焊温度下熔化实现活性钎焊连接；其钎焊方法，包括以下步骤：对钛母材和铜母材待焊接面的前处理；多中间层材料前处理；钎焊构件装配；炉中钎焊；解决常规钛‑铜焊接中接头界面生成大量脆性金属间化合物的难题，得到无脆性界面反应产物的钛‑铜接头。

技术领域

本发明涉及异种金属连接的技术领域，具体涉及一种利用多中间层钎料焊接钛与铜的连接结构以及钎焊方法。

背景技术

由于钛及钛合金具有优良的力学性能，高比强度和优异的耐腐蚀性，是航空航天、核能发电和化工机械等领域首选的结构材料；而铜及铜合金在导电导热方面，相比于其他常规合金材料具有明显的性能优势。因此，钛与铜连接制成的复合构件不仅可以充分挖掘两种材料的性能优势，满足不同工况的性能需求，而且还减少昂贵钛材的用量，降低构件成本，具有广阔的工程应用前景。

然而，目前钛与铜连接的关键难点在于二者冶金兼容性差，当采用熔焊方法焊接钛和铜时，二者熔合易于生成大量钛-铜金属间化合物。由于钛-铜金属间化合物巨大的本征脆性，在载荷下容易导致裂纹萌生和快速扩展，使得接头强度较低，无法满足工程实际应用需求。为了解决以上技术问题，常采用钎焊进行焊接钛和铜，而钎焊是一种固态连接方法，在钎焊时，低熔点钎料熔化，润湿母材表面并与母材发生冶金反应，从而实现冶金连接，其钛和铜之间的界面反应相比于熔焊更易于控制。

然而，钎焊还存在以下技术问题，在文献[R.K. Shiue, S.K. Wu, C.H. Chan,The interfacial reactions of infrared brazing Cu and Ti with two silver-basedbraze alloys, J. All. Compd. 372 (2004) 148-157.]报道了采用Ag-28Cu共晶钎料的钛-铜红外真空钎焊，发现在接头界面生成了钛-铜金属间化合物，使得接头力学性能恶化。而且，接头力学性能对钎焊参数极为敏感，工艺参数稍微偏离最优工艺条件即会导致接头强度的急剧下降。

另一篇文献[J.G. Lee, G.H. Kim, M.K. Lee, C.K. Rhee. Intermetallicformation in a Ti-Cu dissimilar joint brazed using a Zr-based amorphous alloyfiler. Intermetallics, 2010, 18 (4): 529-535.]报道了采用非晶Zr-Ti-Cu-Ni-Be钎料的钛-铜钎焊连接，发现通过对钎焊参数的调整，可以在接头中形成多相交替分布的复杂显微结构。由于大量相界面存在所致的对裂纹的分散效应，接头强度可到到160 MPa。尽管采用钎焊可以在一定程度上改善钛-铜接头强度，但仍无法完全消除脆性界面反应的不利影响，接头强度仍远远低于母材强度。