[发明专利]一种TZM合金和石墨的SPS无压钎焊方法

说明书

本发明提供了一种TZM合金块体和石墨块体的SPS无压钎焊方法，其包括如下步骤：步骤一：对TZM合金块体、中间层焊料和石墨块体进行清洗并烘干；步骤二：将步骤一中处理好的石墨块体、焊料和TZM合金块体依次放入夹具中，并利用螺栓固定；步骤三：在夹具外包裹一层5mm厚的石墨毡，放入SPS炉腔中，对夹具施加轴向压力，抽真空后开始进行钎焊，保温结束后随炉冷却或控制降温至室温取出，即得到TZM/石墨连接件。根据本发明的方法具有如下优点，焊接温度精准控制，保温时间短，焊接总耗时少，母材没有出现晶粒粗化现象，保证了母材的强度，提高了TZM/石墨连接件焊接强度，大幅度提高焊接效率，降低了焊接成本。

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及到一种焊接TZM合金和石墨的方法，更具体而言，使用SPS快速无压钎焊技术来焊接TZM和石墨的方法。

背景技术

TZM合金是在金属钼中加入微量钛、锆等元素形成的钛锆钼合金，具有熔点高、强度大、弹性模量高、线膨胀系数小、蒸汽压低且高温力学性能优异等特点，在军事、医疗、航空航天等领域得到了广泛的应用。石墨作为低原子量材料，密度较低且具有高熔点、高导热导电性。将TZM合金与石墨连接形成的复合材料，综合了两者的优势，应用在高速旋转部件上，如CT机X射线管阳极靶盘，既保证了强度和散热性能又降低了工件重量。目前TZM合金和石墨的连接件的制备方法主要有传统钎焊、扩散焊以及SPS电场辅助扩散连接。传统钎焊需要将温度加热到中间层熔点以上，且升温较慢造成了母材晶粒粗化，而扩散焊需要长时间的保温以保证元素的充分扩散，且需要缓慢降温，工件长时间处于高温高压下，母材出现再结晶长大，晶粒粗化且出现择优取向，降低了母材的性能。且扩散焊对待焊件表面质量要求较高，通常需要研磨抛光，因此增加了成本与加工难度。

温亚辉等在《钼与石墨的瞬间液相扩散焊》中采用铬-镍-铜压制薄片作为中间层，以瞬间液相扩散焊接技术在1650℃下保温1小时对钼与石墨进行焊接，得到接头的剪切强度为7.53MPa，强度较低难以达到结构件的使用要求，且在长时间的高温下，母材会因为再结晶而降低性能。Yanni Wei等在《Microstructure and performance of graphite/TZMalloy joints with different interfacial structures formed by vacuum diffusionbonding》中采用Zr箔为中间层，在1800℃下保温0.5个小时对TZM合金和石墨进行扩散连接，其接头剪切强度为14MPa，低于同测试条件下的石墨基体剪切强度，将石墨换为锯齿状结构后，接头剪切强度提高至38MPa，但工艺复杂且强度较低。

放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)是一种新兴的粉末冶金技术，在焊接领域也得到了广泛的应用。该技术通过直流脉冲电流在样品和模具中产生焦耳热而实现烧结或连接，具有短时、高效、低温等特点。尤其在块体材料连接方面，SPS技术的净化作用，可去除待焊面的氧化层，电迁移效应可加速原子扩散，从而实现高效连接。

因此，本发明采用SPS技术对TZM合金与石墨进行无压钎焊连接，能在尽量不降低母材性能的基础上获得高质量焊接接头，在金属与石墨的连接领域具有十分重要的意义。

发明内容

技术问题

针对现有技术所存在的不足之处，本发明提出了一种TZM合金和石墨的SPS无压钎焊方法，其能够实现快速无压钎焊，并且所得的TZM合金和石墨连接件的接头具有高剪切强度的优点。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种TZM合金块体和石墨块体的SPS无压钎焊方法，其包括以下步骤：

步骤一：对TZM合金块体、中间层焊料和石墨块体进行清洗并烘干；

步骤二：将步骤一中处理好的石墨块体、焊料和TZM合金块体依次放入夹具中，并利用螺栓固定；