一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法技术

本发明专利技术涉及一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；属于复合材料制备技术领域。本发明专利技术以成分Ni与Fe质量配比为7:3的纳米级预合金混合粉末为原料，采用高温熔覆和真空热压复合工艺对钨基体表面进行梯度合金化处理后进行钨与钢的真空扩散连接。本发明专利技术通过镍、铁组分的配置、真空热压、高温熔覆和真空扩散等工艺或参数的优化，在钨基体表面形成了成分梯度化的合金层，获得了界面无缺陷、热疲劳性能好、界面稳定性高的钨/钢复合结构件。其可用于磁约束核聚变实验装置中氦冷偏滤器部件的制备。

Tungsten / steel diffusion bonding method based on gradient alloying of tungsten surface

The invention relates to a tungsten / steel diffusion bonding method based on tungsten surface gradient alloying, belonging to the technical field of composite material preparation. The composition of Ni and Fe mass ratio of nano 7:3 pre alloy powder as raw material, using high temperature vacuum diffusion bonding between cladding and vacuum hot pressing technique of gradient alloying treatment on the surface of tungsten and tungsten matrix steel. Optimization of the invention by nickel and iron component configuration, vacuum hot pressing and high temperature cladding and vacuum diffusion process and parameters, the tungsten matrix is formed on the surface of alloy layer with component gradient, the interface defects, thermal fatigue resistance, high interface stability of tungsten / steel composite structure. The device can be used for the preparation of helium cooled divertor components in a magnetic confinement nuclear fusion experimental device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法
本专利技术涉及一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；属于复合材料制备

技术介绍
钨具有高密度、高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀等优异特性，被广泛应用于航空航天、武器装备、能源和电子等领域。由于钨的本征脆性和制备方法的限制，难以获得大尺寸以及形状复杂的纯钨构件，发展钨/钢复合结构来替代全钨结构不但能增加部件的使用便利性，还能综合发挥各连接材料的性能优势。如在磁约束核聚变堆实验装置中，中子辐照和高的热、力载荷要求耐高温、低活性的材料应用于偏滤器材料，钨与低活性钢是理想的偏滤器候选材料。然而，要组成一个完整的偏滤器部件，涉及到钨与低合金钢的连接。但是，钨与钢的热物理性能和力学性能差异较大，导致钨与钢的焊接性差，连接质量不高，在高的热力负荷作用下，容易发生破坏失效。目前，钨与钢的连接技术发展起来的主要有钎焊和真空扩散焊。文献“Developmentofrapidlyquenchedbrazingfoilstojointungstenalloyswithferriticsteel,KalinBA,FedotovVT,Sevrjuko本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于，包括以下步骤：步骤一按质量比，Ni：Fe＝7:3配取Ni粉、Fe粉，将配取的Ni粉、Fe粉机械混合均匀，得到备用粉；步骤二将备用粉压制成型，得到压坯；步骤三将步骤二所得压坯与表面清洁的钨基体材料进行叠层后，置于真空热压炉中进行预合金化表面改性，得到半成品；所述预合金化表面改性为：首先将炉温升至1000～1200℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～10MPa的连接压力，随后卸载压力，继续升温至1480～1550℃，保温30～60min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1～5×10

【技术特征摘要】
1.一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于，包括以下步骤：步骤一按质量比，Ni：Fe＝7:3配取Ni粉、Fe粉，将配取的Ni粉、Fe粉机械混合均匀，得到备用粉；步骤二将备用粉压制成型，得到压坯；步骤三将步骤二所得压坯与表面清洁的钨基体材料进行叠层后，置于真空热压炉中进行预合金化表面改性，得到半成品；所述预合金化表面改性为：首先将炉温升至1000～1200℃，保温30～120min，并在保温过程中加载5～10MPa的连接压力，随后卸载压力，继续升温至1480～1550℃，保温30～60min，最后随炉冷至室温，在整个过程中，保持炉内真空度为1～5×10-3Pa；步骤四将步骤三所得半成品与钢基体材料，按钨基体材料/压坯/钢基体材料的模式进行堆叠；然后对其进行真空焊接；得到成品；所述真空焊接时，控制温度为850～1000℃、施加在半成品与钢基体材料上的压力为5～20MPa。2.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤一中，所述Ni粉、Fe粉的粒度均为1～5μm。3.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法；其特征在于：步骤一中，所述备用粉的晶粒尺寸为20～300nm。4.根据权利要求1所述的一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡青山，马运柱，刘文胜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43