【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料连接领域，具体涉及一种铜/钛异种材料的扩散连接方法。
技术介绍
1、钛合金具有高比强度、抗腐蚀性的优势成为航空航天、生物医疗等制造业中不可或缺的材料。而铜合金有着良好的导电性和热传导性，在电力工程、电子工业和热交换系统中得到了广泛的应用。在某些应用场合中需综合利用二者材料各自的属性特点，实现二者的可靠连接十分必要。当前除机械装配、胶粘等方式外，以固相扩散连接为代表的焊接方式也可实现铜/钛异种材料复合接头的制备。
2、然而由于铜合金与钛合金材料热膨胀系数存在较大差异—铜合金热膨胀系数(coefficient ofthermal expansion,cte)为17.2×10-6·k-1，而钛合金cte为8.5×10-6·k-1，其异种材料直接扩散接头普遍存在残余应力大以及由此引发的接头塑性差和连接强度低的问题。因此，开发一种可对铜/钛异种材料扩散界面cte进行调控从而实现其低应力高强度的连接方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有铜/钛异种合金扩散连接接头存在的界面残余应力过大以及由此引发的接头塑性差和连接强度低的问题，而提供一种适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法。
2、本专利技术适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法按照以下步骤实现：
3、步骤一、在铜质工件和钛质工件的待焊面分别加工出多条沟槽或者阵列圆槽，然后对铜质工件和钛质工件进行清洗、干燥处理，在铜质工件的沟槽或者阵列圆槽中填充调节热膨胀系
4、步骤二、使用搅拌摩擦头分别对铜质工件和钛质工件的待焊面进行搅拌摩擦表面处理，得到预处理后的铜质工件和钛质工件；
5、步骤三、分别对预处理后的铜质工件和钛质工件的待焊面进行打磨抛光，将铜质工件和钛质工件的待焊面相对接，施加连接压力，在真空扩散炉中，以600～900℃的温度进行真空扩散连接，从而完成铜/钛异种材料间的低应力扩散连接；
6、其中步骤一中所述调节热膨胀系数的颗粒材料的材质为碳化硅、碳化钛、碳化钨、钼粉、钨粉、钨酸锆或者钨酸钇。
7、采用预置沟槽填充颗粒的方式结合搅拌摩擦表面处理获得具有不同于原始母材cte的表面，即对于铜/钛异种材料连接中cte较高一侧的铜合金板材(cte＝17.2×10-6·k-1)，通过在表面引入具有极低cte的材料如碳化硅(cte＝4.7×10-6·k-1)粉、钨粉(cte＝4.5×10-6·k-1)或者钼粉(cte＝4.8×10-6·k-1)以及负膨胀系数的材料如钨酸锆(cte＝-8.7×10-6·k-1)等，显著降低铜合金表面材料的cte；而对于cte较低一侧的钛合金板材(cte＝8.5×10-6·k-1)，通过表面引入cte高于钛合金的氧化锆(cte＝10.2×10-6·k-1)颗粒，在一定程度上提升钛合金表面的cte。经过搅拌摩擦表面cte调节处理的铜合金与钛合金界面cte差异得到有效的缩小后，其扩散连接界面残余应力减小。此外，搅拌摩擦表面处理中除对板材表面有cte调节作用之外，其处理过程伴随摩擦产热以及塑化的金属材料剪切流动的耦合行为，合金板材组织中原始粗大晶粒破碎后发生不完全动态再结晶，形成位错缺陷较多的细晶组织，这些变化有利于降低后续扩散连接中界面的扩散激活能以及提高扩散系数。由于残余应力降低并且扩散冶金结合更加充分，接头的塑性和连接强度得以有效提升。本专利技术可实现铜/钛异种材料间的低应力扩散连接，具有较好的技术应用效果和广泛的应用前景。
8、本专利技术适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法包括以下有益效果：
9、1、本专利技术是通过提高钛合金一侧的热膨胀系数(cte)同时降低铜合金一侧的cte，获得了二者扩散焊接界面更匹配的组合，从而降低了铜/钛异种材料扩散连接界面残余应力，提高了接头塑性与连接强度；
10、2、本专利技术中铜/钛异种材料搅拌摩擦处理表面具备细晶与多位错的显微组织特征，扩散连接界面具有较低的扩散激活能和较高的扩散系数，冶金扩散更充分，接头结合可靠；
11、3、本专利技术实现铜/钛异材界面直接扩散连接无需改变母材性质，且无需添加中间层，对接头界面之外的材料功能性影响较小，技术适应性广。
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1.一种适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于所述适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法按照以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中铜质工件的材质为纯铜、黄铜、铝青铜或者白铜。
3.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中钛质工件的材质为纯钛、TC4合金、TC6合金、TC11合金或者TB6合金。
4.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中调节热膨胀系数的颗粒材料和氧化锆颗粒的粒径为0.01～10μm。
5.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中沟槽的宽度为0.5～1.5mm，沟槽的深度为0.1～0.3mm；阵列圆槽的直径为0.5～4mm，圆槽的深度为0.1～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤二中搅拌摩擦表面处理过程中控制搅拌摩擦头转速为220～380rpm，行进速度
7.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤三中分别对预处理后的铜质工件和钛质工件的待焊面进行机械磨抛。
8.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤三中施加连接压力的大小为2～30MPa。
9.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤三中真空扩散连接的时间为5～100min。
10.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤三中以700～900℃的温度进行真空扩散连接20～50min。
...【技术特征摘要】
1.一种适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于所述适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法按照以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中铜质工件的材质为纯铜、黄铜、铝青铜或者白铜。
3.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中钛质工件的材质为纯钛、tc4合金、tc6合金、tc11合金或者tb6合金。
4.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中调节热膨胀系数的颗粒材料和氧化锆颗粒的粒径为0.01～10μm。
5.根据权利要求1所述的适合铜/钛异种材料间的低应力扩散连接方法，其特征在于步骤一中沟槽的宽度为0.5～1.5mm，沟槽的深度为0.1～0.3mm；阵列圆槽的直径为0.5～4mm，圆槽的深度为0.1～0.3mm。
【专利技术属性】
技术研发人员：曹健，李鸣申，李淳，司晓庆，杨博，袁昊，亓钧雷，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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