[发明专利]一种互不相溶异种金属的扩散连接方法

说明书

本发明公开了一种互不相溶异种金属的扩散连接方法，将强流脉冲电子束辐照与扩散连接工艺相结合；先利用强流脉冲电子束对待连接的异种金属进行辐照处理，使异种金属表面发生重熔和凝固、同时生成纳米晶和缺陷结构，然后对辐照处理后的异种金属进行扩散连接。所述方法能够有效地提高互不相溶异种金属的焊接效率，减少焊接时间，提高焊接质量。

技术领域

本发明属于异种金属连接技术领域，尤其涉及一种互不相溶异种金属的扩散连接方法。

背景技术

铜合金由于其优异的导电及导热性能而在工业生产中得到了广泛的应用，然而单一的铜合金难以满足在复杂工况下的具体工程要求，例如International ThermonuclearExperimental Reactor(ITER)的第一壁对散热和结构应用的严格要求就需要实现铜合金与不锈钢的连接。但是，铜和钢连接的主要问题在于其物理性能不匹配，二者的熔点、热导率和线膨胀系数相差较大，从而导致大的焊接应力和变形。因此如何有效连接互不相溶异种金属成为当今焊接研究重点。

近年来，钎焊、爆炸焊以及扩散焊均被广泛研究用于互不相溶异种金属。其中，扩散焊作为材料连接的重要技术被广泛应用。扩散焊是指在一定的温度和压力下，被连接表面相互接触，通过使局部发生微观塑性变形，从而扩大被连接表面接触，结合层原子间经过一定时间的相互扩散，实现整体可靠连接的过程。扩散连接避免了钎焊中加入钎料会一定程度上会生成脆性金属间化合物的弊端，另一方面，避免了爆炸焊瞬间释放能量易造成金属开裂以及连接厚度小的弊端。扩散连接作为当今高新科技中一项精密连接技术，具有独特的优点：加热温度一般远低于母材熔点，因而对母材的物理化学性质通常没有明显的不利影响；对焊件整体均匀加热，引起的应力变形小，容易保证焊件的尺寸精度；容易实现大面积搭接结构以及异种材料的连接。

但是，互不相溶体系金属材料之间的力学、物理及化学性能的巨大差异，会导致两者的焊接结合不好而影响焊件性能，另外，扩散焊因其扩散时间过长，其应用也受到一定的限制。因此，如何提高互不相溶体系金属扩散连接性能并减少扩散焊接时间成为当前研究热点之一。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种互不相溶异种金属的扩散连接方法，能够有效地提高互不相溶异种金属的扩散连接的效率，减少焊接时间，提高焊接质量。

本发明技术方案具体如下：

本发明提供了一种互不相溶异种金属的扩散连接方法，将强流脉冲电子束辐照与扩散连接工艺相结合；先利用强流脉冲电子束对待连接的异种金属进行辐照处理，使异种金属表面发生重熔和凝固、同时生成纳米晶和缺陷结构，然后对辐照处理后的异种金属进行扩散连接。

本发明所述异种金属是指，在物理性能、力学性能、化学性质上具有差异的两种金属母材。互不相溶异种金属，是指两种金属母材热力学相容性上表现为互不相溶，两种金属母材焊接性能很差或无可焊性。

优选地，所述辐照处理技术参数为：真空度≤8×10^-3Pa，电子束能量为20-27KeV，能量密度为2-5J/cm²，脉宽0.5-5μs，辐照次数为5-20次。

优选地，所述辐照处理技术参数为：真空度≤6×10^-3Pa，电子束能量为24-27KeV，能量密度为4-5J/cm²，脉宽0.5-2μs，辐照次数为10-15次。

优选地，所述扩散连接的技术参数为：真空度≤3×10^-2Pa，连接温度为750-850℃，保温时间为50-70min，焊接压力为40-60kgf。

优选地，扩散连接时，以15-25℃/min的升温速率将温度由室温升至连接温度；保温结束后以15-25℃/min的降温速率降至300-400℃，随后自然冷却至室温。

优选地，所述互不相溶的异种金属为Cu与316L不锈钢；所述Cu为纯铜或铜合金。