[发明专利]一种钛-钢异种金属混合连接方法

说明书

一种钛‑钢异种金属混合连接方法，包括以下步骤：步骤1、准备固体和粉体，若固体为钢，则粉体为钛粉，若固体为钛，则粉体为钢粉；步骤2、在固体的连接表面加工至少一个凸起结构，凸起结构的两个相对侧表面或四侧表面与固体的连接表面夹角为α，0°＜α＜90°，得到加工后的固体；步骤3、将加工后的固体放于包套中，加工后的固体的凸起结构朝上设置，并将粉体填充在固体的上部，将包套密封，将密封后的包套放入热等静压炉中，经高温高压得到钛钢异种金属。在钛/钢界面冶金结合的基础上增加机械结构，经热等静压形成混合连接，提升界面力学综合性能，且具有较高的界面抗冲击性能。

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，具体说的是一种钛-钢异种金属混合连接方法。

背景技术

近年来,异种金属焊接在先进制造业中扮演着越来越重要的角色,因其将多种性能集于一身被应用到很多工业领域。

钛/钢异种金属连接, 可使钢的良好焊接性、低成本与钛合金低密度和良好的耐腐蚀等相结合, 不仅可以降低成本,还可以得到具有优异综合性能的构件，充分发挥两种材料在性能和经济上的互补优势,广泛应用于化工、能源和船舶等领域。

钛与钢的焊接属于异种金属焊接中的一大难题，目前研究钛/钢异种焊接的方法较多，基本涵盖了主要的焊接手段，如熔化焊（电子束焊、激光焊等）、压焊（扩散焊、摩擦焊、爆炸焊等）、钎焊等。现有方法研究重点都集中在通过控制工艺参数或采用中间层等手段，以提高界面的冶金结合力来提升界面力学性能如图1所示，但由于钛和钢两种金属的物理化学性能差异较大，单靠冶金结合力，提升效果不明显，且无法实现较高抗冲击性能，无法满足苛刻工况使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明创新提出一种钛-钢异种金属混合连接方法，在钛/钢界面冶金结合的基础上增加机械结构，经热等静压形成混合连接，提升界面力学综合性能，且具有较高的界面抗冲击性能。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种钛-钢异种金属混合连接方法，包括以下步骤：

步骤1、准备固体和粉体，若固体为钢，则粉体为钛粉，若固体为钛，则粉体为钢粉；

步骤2、在固体的连接表面加工至少一个凸起结构，凸起结构的两个相对侧表面或四侧表面与固体的连接表面夹角为α，0°＜α＜90°，得到加工后的固体；

步骤3、将加工后的固体放于包套中，加工后的固体的凸起结构朝上设置，并将粉体填充在固体的上部，将包套密封，将密封后的包套放入热等静压炉中，经高温高压得到钛钢异种金属。

热等静压炉内温度为900℃-1100℃，压力为100MPa-150MPa,保温时间为1h-3h,包套随炉升温和降温。

凸起结构的两个相对侧表面与固体的连接表面夹角相同。

本发明有益效果是：本发明可实现钛和钢异种金属界面混合连接，提升钛/钢界面力学性能,界面连接强度≥400MPa,界面剪切强度≥200MPa,界面抗冲击KV₂≥40J。本发明相比现有钛/钢焊接利用纯冶金连接方式，增加了机械结合，提升了界面结合力和抗冲击等综合力学性能。

附图说明

图1为现有技术钛-钢连接示意图；

图2为本发明钛-钢混合连接示意图；

图3为本发明固体的凸起结构夹角示意图；

图4为本发明的成型示意图；

图5为本发明的实施例1的低倍金相图；

图6为本发明的实施例1的高倍金相图；

图中：1、固体，2、粉体，3、包套，4、凸起结构，5、热等静压炉。

具体实施方式

如图2、图3、图4所示，一种钛-钢异种金属混合连接方法，包括以下步骤：