一种钼与石墨真空热压扩散焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种钼与石墨真空热压扩散焊接方法，包括：一、将钼和石墨放置于焊接夹具中，形成焊接组件；二、将焊接组件置于真空热压炉中，施加0.5MPa～1MPa的垂直压力，抽真空，真空度≤3×10-2Pa后对真空热压炉进行升温，升至1000℃时将垂直压力增加至15MPa～30MPa，继续升温，升至1700℃～1900℃后保温30min～180min对钼和石墨进行压力扩散焊接，冷却后出炉，得到钼与石墨的焊接件。本发明专利技术焊接过程中不添加任何钎料，利用热压技术在高温下进行扩散，形成Mo的碳化物层作为焊接过渡层，依靠C在Mo中的溶解度有限，防止了过量碳化物形成引起的焊缝过度脆化，最终形成钼与石墨的有效连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于非金属与难熔金属材料焊接
，具体涉及。
技术介绍
CT (Computed Tomography)计算机化断层摄影扫描系统是一种对穿透射线所经过的物质断面进行扫描，再通过计算机技术显示该层面结构的装置，主要应用于现代医学和无损检测领域。其关键部件X线管主要由阳极、阴极和真空管壳等部分组成。CT机X线管工作时，阳极靶受电子轰击产生X射线的同时约98%以上的能量将转变为热能，而且热量主要集中在阳极上。在连续负载时，整个靶体温度可以升得很高，X线管工作时的环境温度在1300°C以上。热辐射的效率是比较低的，X线管阳极靶材质量的好坏、能否长期稳定地工作是影响CT机寿命的关键因素之一。石墨具有很高的热容量和散热能力，以及极高的抗热应力能力。将W/Mo复合层与不同厚度的高强、高纯、高密的石墨连接作为一个整体靶材，这种组合不仅能保证阳极靶材的实际需要，而且大大减小了靶材的体积、重量，提高阳极靶材的使用寿命，特别适宜于装配在CT机的X射线管中。在难熔金属钼及钼合金与石墨连接技术方面，国内外专利文献等给出多种方法，中文专利“钼和石墨真空钎焊方法CN102240836B”添加箔材钎料，增加石墨表面粗糙度的方法进行焊接；文献“石墨与钼合金材料与钎焊工艺”就三种钎焊材料对焊接接头性能影响做了相关研究；US2002/0085678AU US2011/0103553AU US2011/0103553AUUS2011/008059785B2、JP2010-140879A等国外专利中所涉及到的钼及其合金与石墨焊接方法，均以不同添加元素、不同钎料层数、不同添加形式，包括粉、箔、镀层等进行钎焊，以及改变焊接面结构以增加钎料同母材接触面积，增加侵润性、粘结性为目的的焊接方法。然而这些方法在添加钎料过程中引入的0、N等元素在焊接过程中易形成气体影响焊接效果，而且添加的钎料在高温环境下出现液相会影响焊缝强度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供。该方法利用热压技术在高温下进行扩散，形成Mo的碳化物层作为焊接过渡层，依靠C在Mo中的溶解度有限，防止了过量碳化物形成引起的焊缝过度脆化，最终形成钼与石墨的有效连接，焊接过程中不添加任何钎料，防止了在添加钎料过程中引入的0、N元素等在焊接过程中形成气体，同时防止添加钎料在高温环境下出现液相等影响焊缝强度。该方法一方面保证了母材间的焊接强度，另一方面保证焊接件在高温环境工作下性能稳定不开裂。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:，其特征在于，包括以下步骤:步骤一、将钼和石墨按照待焊接面面对面叠放的方式放置于焊接夹具中，形成焊接组件；所述焊接夹具包括中空的石墨模具，所述石墨模具的底部设置有下冲头，石墨模具的上部设置有上冲头，石墨模具、上冲头和下冲头形成用于放置待焊接的钼与石墨的空腔；步骤二、将步骤一中所述焊接组件置于真空热压炉中，向焊接组件施加0.5MPa?IMPa的垂直压力，然后抽真空，待炉内真空度彡3X102Pa后对真空热压炉进行升温，待炉内温度升至1000 °C时将垂直压力增加至15MPa?30MPa，继续升温，待炉内温度升至1700°C?1900°C后保温30min?180min对钼和石墨进行压力扩散焊接，随后降温至炉内温度为800°C?1000°C时，将垂直压力减小至IMPa以下，随炉冷却后出炉，得到钼与石墨的焊接件。上述的，其特征在于，步骤一中叠放之前对钼的待焊接面进行表面处理使钼的待焊接面表面光洁度Ra ( 0.8 μ m，然后将经表面处理后的钼的待焊接面清洗干净后自然干燥，对石墨的待焊接面进行表面处理使石墨的待焊接面表面光洁度Ra ( 1.6 μπι，然后将经表面处理后的石墨的待焊接面清洗干净后自然干燥。上述的，其特征在于，步骤一中所述下冲头的截面为凸字形，下冲头的上部伸入石墨模具的中空部位。上述的，其特征在于，步骤一中所述上冲头的下部伸入石墨模具的中空部位。上述的，其特征在于，步骤一中放置钼和石墨时使钼位于石墨的下方，并在下冲头和钼之间以及上冲头和石墨之间均设置石墨纸，在石墨模具内壁设置石墨纸。上述的，其特征在于，步骤二中升温的速率为5°C /min?10°C /min,降温的速率不大于15°C /min。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:1、本专利技术的方法利用热压技术在高温下进行扩散，形成Mo的碳化物层作为焊接过渡层，依靠C在Mo中的溶解度有限，防止了过量碳化物形成引起的焊缝过度脆化，最终形成钼与石墨的有效连接，焊接过程中不添加任何钎料，防止了在添加钎料过程中引入的0、N元素等在焊接过程中形成气体，同时防止添加钎料在高温环境下出现液相等影响焊缝强度。2、本专利技术的方法一方面保证了母材间的焊接强度，另一方面保证焊接件在高温环境工作下性能稳定不开裂。3、影响焊接质量的主要因素包括侵润性、气孔、杂质、脆性相等，减少气孔、杂质的引入，就减少了焊接过程中的原始气体、反应生成的C02、C0等气体对焊接强度的影响；本专利技术优选对钼和石墨的待焊接面进行预处理，使其达到一定的表面光洁度，焊接过程利用钼和石墨光洁表面紧贴方式，不添加钎料，减少了界面杂质、气体的引入，通过热压扩散形成的过渡层保证了界面的焊接强度。根据Mo-C 二元合金相图(图2)可知，石墨和钼高温下可生成钼的碳化物，由于碳在钼中的溶解度不高，其所生成的脆性相有限，限制了碳化物脆性相对焊接强度的影响。4、本专利技术不添加钎料，通过高温热压扩散连接，保证了焊接件在1300°C高温环境下工作的稳定性，无钎料意味着无低熔点金属引入，同时减少了同母材有共晶反应的元素引入，保证高温环境下工作无液相、无不稳定相出现，从而保证焊接件高温不开裂。下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案做进一步的详细说明。【附图说明】图1为本专利技术焊接组件的结构示意图。图2为Mo-C 二元合金相图。图3为本专利技术实施例1的焊接件焊缝的金相图。附图标记说明:1一钼；2—石墨；3—石墨模具；4一上冲头；5—下冲头。【具体实施方式】实施例1取Φ50πιπιΧ 10mm的烧结钼元，磨床双面磨光，然后将待焊接面精磨至表面光洁度Ra为0.2 μ m，将精磨后的钼元浸泡至工业丙酮内，超声波清洗lOmin，取出后自然干燥；取Φ 50mmX 20mm的国产三高石墨棒，磨床双面磨光后使用5000#砂纸磨光使待焊接面表面光洁度Ra为1.2 μπι，再将磨光后的石墨棒放入工业丙酮内超声波清洗lOmin，取出后自然干燥。对自然干燥后的钼与石墨进行真空热压扩散焊接，包括以下步骤:步骤一、如图1所示，将钼1和石墨2按照待焊接面面对面叠放的方式放置于焊接夹具中，形成焊接组件；所述焊接夹具包括中空的内径为Φ51_的石墨模具3，所述石墨模具3的底部设置有下冲头5，石墨模具3的上部设置有上冲头4，石墨模具3、上冲头4和下冲头5形成用于放置待焊接的钼1与石墨2的空腔；所述下冲头5的截面为凸字形，下冲头5的上部伸入石墨模具3的中空部位；所述上冲头4的下部伸入石墨模具3的中空部位；放置钼1和石墨2时使钼1位于石墨2的下方，并在下冲头5和钼1之间以及上冲头4和石墨2之间均设置石墨纸，在石墨模具3内壁设置石墨纸；步骤二、将步骤一中所述焊接组件置于真空热压炉中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钼与石墨真空热压扩散焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将钼(1)和石墨(2)按照待焊接面面对面叠放的方式放置于焊接夹具中，形成焊接组件；所述焊接夹具包括中空的石墨模具(3)，所述石墨模具(3)的底部设置有下冲头(5)，石墨模具(3)的上部设置有上冲头(4)，石墨模具(3)、上冲头(4)和下冲头(5)形成用于放置待焊接的钼(1)与石墨(2)的空腔；步骤二、将步骤一中所述焊接组件置于真空热压炉中，向焊接组件施加0.5MPa～1MPa的垂直压力，然后抽真空，待炉内真空度≤3×10‑2Pa后对真空热压炉进行升温，待炉内温度升至1000℃时将垂直压力增加至15MPa～30MPa，继续升温，待炉内温度升至1700℃～1900℃后保温30min～180min对钼和石墨进行压力扩散焊接，随后降温至炉内温度为800℃～1000℃时，将垂直压力减小至1MPa以下，随炉冷却后出炉，得到钼与石墨的焊接件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温亚辉，张清，李长亮，郭磊，王建平，赵晓明，张腾，淡新国，
申请(专利权)人：西安瑞福莱钨钼有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61