一种用于低活化钢制造技术

本发明专利技术公开了的一种用于低活化钢

【技术实现步骤摘要】
一种用于低活化钢/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层及使用方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷与金属焊接件
，更具体的说是涉及一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层及使用方法
。

技术介绍

[0002]低活化钢是一种用于核反应堆领域的结构材料，其具有良好的抗辐照性能和抗蠕变性能，同时具有较好的强韧性和焊接性能
。
得益于上述优异的性能，使得其成为国际热核聚变试验堆和示范堆的首选结构材料
。
然而，低活化钢的最高服役温度为
550℃
左右，在较高温度下低活化钢的力学性能显著下降
。
因此，若能实现低活化钢与其他耐高温抗辐照材料的高质量连接并作为整体部件使用则可以充分发挥两者的优势，提高低活化钢的服役温度
。
[0003]Ti3SiC2陶瓷是一种典型的
MAX
相陶瓷，具有独特的层状结构和多种优异性能，如具有良好的耐辐照性能
、
高温稳定性和优异的耐蚀抗氧化性能，是核结构材料的候选之一
。
因此，研究低活化钢与
Ti3SiC2陶瓷之间的连接，对于提高低活化钢的服役温度和使用寿命以及拓宽
Ti3SiC2陶瓷的应用价值具有重要的意义
。
[0004]研究表明，采用钎焊
、
扩散焊和接触反应钎焊可以实现
Ti3SiC2陶瓷与金属的连接
。
有研究人员用
Ag
‑
Cu
‑
Ti
钎料或
Ag
‑
Cu
钎料实现了
Ti3SiC2陶瓷和铜或
Ti2AlNb
钛合金的真空钎焊
。
但
Ag
‑
Cu
‑
Ti
和
Ag
‑
Cu
钎料的熔点只有
780℃
，连接件的使用温度较低
。
同时，
Ag
是高活化元素，在核环境中不能使用
。
另一方面，也有研究人员采用扩散连接技术实现了
NiTi
合金与
Ti3SiC2陶瓷之间的连接，但只有当扩散焊温度高达
1100℃
以上才能实现有效连接
。
另外，研究人员也对
Ti3SiC2与
Ni、Ti3SiC2与
Fe、Ti3SiC2与
W、Ti3SiC2与
SUS304
不锈钢的扩散焊连接，但扩散焊连接需要施加较大的连接压力
(
数十
MPa)
，对连接件的形状尺寸有一定的限制
。
另外，在扩散焊过程往往采用
Ni
中间层作为过渡材料，而
Ni
也是高活化元素
。
为了避免在焊接过程中施加较大的连接压力并降低连接温度，有研究人员采用接触反应钎焊实现了
TC4
合金与
Ti3SiC2陶瓷的连接
。
然而，接触反应钎焊需严格控制材料种类和材料厚度，否则当出现连续金属间化合物层时，接头强度会急剧下降
。
[0005]目前没有关于低活化钢与
Ti3SiC2陶瓷连接的研究报道
。
在低活化钢与
Ti3SiC2陶瓷的连接过程中，为了避免使用高活化元素
(
如
Ag
，
Ni)
以及在焊接过程中施加较大的焊接压力，同时为了降低连接温度
(
若温度高于低活化钢的正火热处理温度
980℃
，其性能会急剧下降
)
并获得耐高温接头，成为焊接领域特别是核材料焊接领域技术人员亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出一种面向核环境应用的用于低活化钢与
Ti3SiC2陶瓷瞬时液相连接的复合中间层及焊接工艺
。
本专利技术可在较低的焊接温度获得高强度的低活化钢
/
Ti3SiC2陶瓷连接件，复合中间层中不含
Ag、Ni
等高活化元素，且复合中间层的组织调控方便
、
制备成本低
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层，所述复合中间层包括从上到下依次排列的金属Ⅰ、
中间金属层和金属
II
；
[0009]其中，所述金属Ⅰ和金属Ⅱ均选自钛或所述金属Ⅰ和金属Ⅱ均选自锆；
[0010]所述中间金属层选自铜
、
铬锆铜合金或钨铜合金
。
[0011]优选的，所述中间金属层选自铬锆铜合金或钨铜合金
。
[0012]优选的，所述金属
I
和金属
II
的厚度相同，均为
10
～
50
μ
m
；所述中间金属层的厚度为
0.4
～
0.6mm。
[0013]采用上述技术方案的有益效果：焊接材料中不含有高活化元素
。
同时，通过构建金属
/
铜
(
合金
)/
金属复合中间层，在焊接过程中钛或锆与铜
(
合金
)
在共晶温度下反应形成液相，几乎不需要外加压力就能促进焊接层与被焊材料
(
低活化钢，
Ti3SiC2陶瓷
)
的扩散与结合
。
此外，焊接结束后，钛或锆与
Cu
形成熔点较高的化合物，因而接头具有较高的使用温度
。
[0014]本专利技术的另一个目的在于提供一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015](1)
将低活化钢
、Ti3SiC2陶瓷
、
金属Ⅰ、
金属Ⅱ和中间金属层的待焊接表面打磨抛光，然后进行超声清洗
、
吹干；
[0016](2)
将步骤
(1)
中得到的低活化钢
、
金属Ⅰ、
中间金属层
、
金属Ⅱ和
Ti3SiC2陶瓷按照顺序进行组合，置于模具中，然后送至真空炉内进行瞬间液相连接，得到低活化钢
/Ti3SiC2连接件
。
[0017]优选的，步骤
(1)
中，所述打磨抛光要求为表面粗糙度
Ra≤10
μ
m。
[0018]优选的，步骤
(1)
中，所述超声清洗选用的溶剂为丙酮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层，其特征在于，所述复合中间层包括从上到下依次排列的金属Ⅰ、
中间金属层和金属
II
；其中，所述金属Ⅰ和金属Ⅱ均选自钛或所述金属Ⅰ和金属Ⅱ均选自锆；所述中间金属层选自铜
、
铬锆铜合金或钨铜合金
。2.
根据权利要求1所述的一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层，其特征在于，所述中间金属层选自铬锆铜合金或钨铜合金
。3.
根据权利要求1所述的一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层，其特征在于，所述金属
I
和金属
II
的厚度相同，均为
10
～
50
μ
m
；所述中间金属层的厚度为
0.4
～
0.6mm。4.
如权利要求3所述的一种用于低活化钢
/Ti3SiC2陶瓷连接件的复合中间层的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将低活化钢
、Ti3SiC2陶瓷
、
金属Ⅰ、
金属Ⅱ和中间金属层的待焊接表面打磨抛光，然后进行超声清洗
、
吹干；
(2)
将步骤
(1)
中得到的低活化钢
、
金属Ⅰ、
中间金属层
、
金属Ⅱ和
Ti3SiC2陶瓷按照顺序进行组合，置于模具中，然后送至真空炉内进行瞬间液相连接，得到低活化钢
/Ti3SiC2连接件
。5.

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志宏，陶国芸，梁飚，欧阳维，宋奎晶，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：