一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法技术

本发明专利技术涉及锆合金和高熵合金焊接技术领域，特别涉及一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法，包括将锆合金与高熵合金的待焊面分别进行打磨预处理，得到待焊母材，待焊母材和Cu箔清洗后，将Cu箔置于高熵合金和锆合金的待焊面之间，形成待焊试样，待焊试样放置在真空钎焊炉中，在真空环境下加热至900℃~970℃的钎焊温度，在钎焊温度下保温1 min~20 min后降至室温，得到钎焊接头，钎焊后两者之间的接头强度为41.2～140.1MPa，本发明专利技术实现了锆合金和高熵合金异种材料的可靠连接。合金和高熵合金异种材料的可靠连接。合金和高熵合金异种材料的可靠连接。

【技术实现步骤摘要】
一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法


[0001]本专利技术涉及锆合金和高熵合金焊接
，特别涉及一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法。

技术介绍

[0002]锆合金具有低密度、耐太空低温、适用交变温度场、耐原子氧侵蚀和抗太空辐照等特点，其作为结构材料在航空航天、空间和核能等领域具有较大的应用价值，在空间领域具有作为空间飞行器活动构件材料使用的发展潜力。
[0003]高熵合金(high
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entropy alloys, HEAs) 因为其出色的化学、机械性能，优越的抗辐射性，优秀的耐磨、抗氧化和抗腐蚀性能，被认为是化学、航空和核工业中一种很有前途的结构材料，其中面心立方(FCC)结构的CoCrFeMnNi HEAs是研究最广泛的HEA之一。
[0004]若实现了锆合金和CoCrFeMnNi高熵合金的连接，则能发挥两种材料各自的优点，其应用范围会更加广阔，因此，作为结构材料，实现锆合金和高熵合金的连接，对于促进锆合金在空间领域的应用和获得高可靠性、长寿命的航天器具有重要意义。高熵合金与锆合金的钎焊连接主要存在两个难点：一是由于高熵合金具有多种组元，采用常用的二元或三元钎料来钎焊高熵合金与锆合金时，在焊接过程中接头容易生成大量金属间化合物相弱化接头强度。二是两者之间的热膨胀系数不匹配（Zr合金：5.7
×
10
‑6K
‑1；CoCrFeMnNi HEA：15
×
10
‑6K
‑1），在焊接过程中容易引起较大的残余应力，影响接头的力学性能。

技术实现思路

[0005]为克服现有锆合金和高熵合金异种材料连接技术的不足，提供一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法。
[0006]一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法，该方法采用步骤如下：步骤一、将锆合金与高熵合金的待焊面分别进行打磨预处理，从而得到待焊母材，Cu箔作为钎料；步骤二、将步骤一得到的锆合金，高熵合金和Cu箔用丙酮和无水乙醇进行清洗；步骤三、将Cu箔置于高熵合金和锆合金的待焊面之间，形成待焊试样，并对待焊试样最上层施加压力，使高熵合金和锆合金的待焊面与Cu箔充分接触；步骤四、将步骤三中的待焊试样放置在真空钎焊炉中，在真空环境下加热至900℃~970℃的钎焊温度，在钎焊温度下保温1 min~20 min后降至室温；上述的高熵合金为CoCrFeMnNi高熵合金。
[0007]本专利技术步骤一中依次用180#、400#、800#、1200#、2000#和3000# 金相砂纸对高熵合金和锆合金的待焊面进行打磨，打磨光滑的待焊面能够使高熵合金、锆合金与Cu箔接触反应的更充分。
[0008]本专利技术中Cu箔的纯度不低于95%，Cu箔的厚度为10μm
‑
150μm。
[0009]本专利技术步骤二中对锆合金，高熵合金和Cu箔先使用丙酮超声清洗30min，然后再使
用无水乙醇超声清洗15min，吹干，以获得无尘、无油污的待焊材料。
[0010]本专利技术步骤三中在待焊试样上方放置石墨压块，石墨压块对待焊试样施加压力为0.5~5
×
103Pa。
[0011]本专利技术步骤四中所述的真空加热，包括在5x10
‑3Pa以下的真空条件下进行加热，以10℃/min的速率升温到钎焊温度保温，钎焊完成后以5℃/min的速率降温到200℃，最后随炉冷却至室温。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术实现锆合金和CoCrFeMnNi高熵合金之间高强度的有效连接，钎焊后的Cu与高熵合金中的Co、Cr、Mn、Fe和Ni五种元素具有较高的互溶度，无金属间化合物产生；Cu箔具有良好的塑性，在钎焊过程中可以通过塑性变形来有效缓解接头的残余应力，从而提高接头的强度。通过Cu接触反应钎焊的接头连接强度高，钎焊接头的室温最高剪切强度为140.1MPa，是通过Ag
‑
Cu钎料钎焊接头室温剪切强度的3.6倍。
附图说明
[0013]图1为待焊试样装配图；图2本专利技术实施例1
‑
5获得的钎焊接头的背散射照片；图3 本专利技术实施例1，2和5中钎焊接头的断裂路径图；图4 本专利技术对比例获得的钎焊接头的背散射照片。
具体实施方式
[0014]为使本
人员更好理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法，包括以下步骤：步骤一、锆合金和CoCrFeMnNi高熵合金的待焊面依次用180#、400#、800#、1200#、2000#和3000#金相砂纸打磨，获得待焊母材，Cu箔作为钎料；步骤二、将步骤一获得的待焊母材与Cu箔浸入丙酮溶液中超声清洗30min后吹干，然后再放置在无水乙醇溶液中超声清洗15min后吹干；步骤三、将Cu箔置于高熵合金和锆合金的待焊面之间，形成待焊试样，在待焊试样上方放置石墨压块，对待焊试样施加0.5~5
×
103Pa的压力，来防止组件在钎焊过程中发生移动，并使高熵合金和锆合金的待焊面与Cu箔充分接触；步骤四、将步骤三中的试样放置在真空钎焊炉中，真空钎焊炉的压力降到5x10
‑3pa以下时，以10℃/min升温加热至910~990℃，并保温1min~20 min，以5℃/min的速率降温到200℃，最后随炉冷却至室温。
[0016]实施例1：步骤一、依次用180#、400#、800#、1200#、2000#和3000#金相砂纸打磨锆合金和CoCrFeMnNi高熵合金的待焊面，获得待焊母材，取厚度为100μm，纯度不低于95%的Cu箔作为钎料；
步骤二、将Cu箔和待焊母材分别浸入丙酮溶液中，超声清洗30min后吹干，然后放入无水乙醇溶液中超声清洗15min后吹干；步骤三、将Cu箔置于高熵合金和锆合金的待焊面之间，形成待焊试样，装配图如图1所示，在待焊试样上方放置石墨压块，对待焊试样施加0.5MPa的压力；步骤四、将待焊试样放置在真空钎焊炉内，在真空度为5.0
×
10
‑3Pa环境下以10℃/min加热速率加热到950℃，保温10min，以5℃/min冷却速率冷却到200℃，然后冷却至室温。此时得到的钎焊接头的室温剪切强度为140.1MPa。。
[0017]实施例2：本实施例与实施例1的不同点在于步骤四中采用的钎焊温度为900℃。其它步骤与具体实施例相同。此时得到的钎焊接头的室温剪切强度为41.2MPa。
[0018]实施例3：本实施例与实施例1的不同点在于步骤四中采用的钎焊温度为910℃。其它步骤与具体实施例相同。此时得到的钎焊接头的室温剪切强度为51.4MPa。
[0019]实施例4：本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法，其特征在于，该方法采用步骤如下：步骤一、将锆合金与高熵合金的待焊面分别进行打磨预处理，从而得到待焊母材，Cu箔作为钎料；步骤二、将步骤一得到的锆合金，高熵合金和Cu箔用丙酮和无水乙醇进行清洗；步骤三、将Cu箔置于高熵合金和锆合金的待焊面之间，形成待焊试样，并对待焊试样最上层施加压力，使高熵合金和锆合金的待焊面与Cu箔充分接触；步骤四、将步骤三中的待焊试样放置在真空钎焊炉中，在真空环境下加热至900℃~970℃的钎焊温度，在钎焊温度下保温1 min~20 min后降至室温；上述的高熵合金为CoCrFeMnNi高熵合金。2.根据权利要求1所述的一种采用Cu箔接触反应钎焊锆合金和高熵合金的方法，其特征在于：步骤一中依次用180#、400#、800#、1200#、2000#和3000# 金相砂纸对高熵合金和锆合金的待焊面进行打磨。3.根据权利要求1所述的一种采用Cu箔接...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞红，姜楠，宋晓国，龙伟民，林丹阳，周驿，陈修凯，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：