[0022]本发明提出的采用复合结构中间层扩散连接钨与钢的方法，在各参数的协同作用下，其室温拉伸强度可达415MPa，比现有水平提高50%以上，其在650°C的拉伸强度大于等于403MPa，比现有水平提升了 30%以上；此外，本发明工艺操作简便，接头处金属无明显形变。
【附图说明】
[0023]附图1为钨/钢扩散连接前，钨基层、钛层、铌层、镍层、钢基层的排列方式示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
[0025]实施例1
[0026]本实施方式的基于高温应用的高性能钨/钢异质材料的扩散连接方法是按如下步骤进行的:
[0027]一、表面清理:首先采用150#、400#、800#、1200#和1500#的金相砂纸对待焊材料钨与钢的连接表面进行逐级打磨并抛光至表面光洁度为0.5 μ m，然后，采用超声波清洗器(设置清洗温度为35°C)将待焊材料依次在无水乙醇、丙酮、无水乙醇内清洗各15min，以去除待焊试样表面的油污和杂质。为避免待焊材料被氧化或再次受到污染，将其置于无水乙醇内封存备用。
[0028]二、预置复合结构中间层:首先将优化设计Ti层、Nb层、Ni层均加工成厚度为0.1mm的薄片，然后将其组合成复合结构中间层置于待焊母材钨与钢之间，并按钨/Ti/Nb/Ni/钢的“三明治”结构进行装配；
[0029]三、真空扩散连接:将装配好的焊接材料置于真空热压炉炉中，首先采用10°C /min的升温速率将连接温度从室温升高到900°C，保温60min，并在保温过程中加载15MPa的连接压力，随后以10°C /min的冷却速率将温度降低到600°C，并保温60min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持真空度< 5X 10 3Pa,即完成钨与钢的扩散连接。
[0030]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件的室温拉伸强度可达352MPa(即扩散连接接头的室温抗拉强度)，比采用Ti作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大剪切强度为113MPa)高210%，比采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为272MPa)高近30%，比采用Ni作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为215MPa)高 60%。
[0031]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件在650 °C的拉伸强度可达338MPa(即扩散连接接头在650°C时的抗拉强度)，比单独采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(在550°C的拉伸强度为299MPa)高。
[0032]实施例2
[0033]本实施方式的基于高温应用的高性能钨/钢异质材料的扩散连接方法是按如下步骤进行的:
[0034]一、表面清理:首先采用150#、400#、800#、1200#和1500#的金相砂纸对待焊材料钨与钢的连接表面进行逐级打磨并抛光至表面光洁度为I μ m，然后，采用超声波清洗器(设置清洗温度为35°c )将待焊材料依次在无水乙醇、丙酮、无水乙醇内清洗各lOmin，以去除待焊试样表面的油污和杂质。为避免待焊材料被氧化或再次受到污染，将其置于无水乙醇内封存备用。
[0035]二、预置复合结构中间层:首先将优化设计Ti层、Nb层、Ni层分别加工成厚度为0.1,0.2,0.5mm的薄片，然后将其组合成复合结构中间层置于待焊母材钨与钢之间，并按钨/Ti/Nb/Ni/钢的“三明治”结构进行装配；
[0036]三、真空扩散连接:将装配好的焊接材料置于真空热压炉炉中，首先采用10°C /min的升温速率将连接温度从室温升高到950°C，保温60min，并在保温过程中加载1MPa的连接压力，随后以5°C /min的冷却速率将温度降低到600°C，并保温120min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持真空度为I?5X 10 3Pa,即完成钨与钢的扩散连接。
[0037]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件的室温拉伸强度可达415MPa(即扩散连接接头的室温抗拉强度)，远远高于采用Ti作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大剪切强度为113MPa)，比采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为272MPa)高50%，比采用Ni作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为215MPa)尚 90 % ο
[0038]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件在650°C的拉伸强度可达403MPa(即扩散连接接头在650°C时的抗拉强度)，远高于单独采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(在550°C的拉伸强度为299MPa)。
[0039]实施例3
[0040]本实施方式的基于高温应用的高性能钨/钢异质材料的扩散连接方法是按如下步骤进行的:
[0041]一、表面清理:首先采用150#、400#、800#、1200#和1500#的金相砂纸对待焊材料钨与钢的连接表面进行逐级打磨并抛光至表面光洁度为3 μ m，然后，采用超声波清洗器(设置清洗温度为35°C )将待焊材料依次在无水乙醇、丙酮、无水乙醇内清洗各lOmin，以去除待焊试样表面的油污和杂质。为避免待焊材料被氧化或再次受到污染，将其置于无水乙醇内封存备用。
[0042]二、预置复合结构中间层:首先将优化设计Ti层、Nb层、Ni层分别加工成厚度为0.05,0.3,0.1mm的薄片，然后将其组合成复合结构中间层置于待焊母材钨与钢之间，并按钨/Ti/Nb/Ni/钢的“三明治”结构进行装配；
[0043]三、真空扩散连接:将装配好的焊接材料置于真空热压炉炉中，首先采用20°C /min的升温速率将连接温度从室温升高到1050°C，保温30min，并在保温过程中加载1MPa的连接压力，随后以5°C /min的冷却速率将温度降低到600°C，并保温180min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持真空度为I?5X10 3Pa,即完成钨与钢的扩散连接。
[0044]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件的室温拉伸强度可达386MPa(即扩散连接接头的室温抗拉强度)，远远高于采用Ti作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大剪切强度为113MPa)，比采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为272MPa)高40%，比采用Ni作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(最大拉伸强度为215MPa)高 75%。
[0045]本实施方式所得钨/Ti/Nb/Ni/钢连接件在650°C的拉伸强度可达372MPa (即扩散连接接头在650°C时的抗拉强度)，远高于单独采用Nb作中间层的钨/钢扩散连接接头强度(在550°C的拉伸强度为299MPa)。
【主权项】
1.一种基于尚温应用的尚性能妈/钢复合材料；其特征在于:所述尚性能妈/钢复合材料由钨基层、钛层、铌层、镍层、钢基层依次排列并通过焊接方法制备而成。2.根据权利要求1所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料；其特征在于:钨基层选自纯钨、W-La2O3合金、W-Y 203合金、W-TiC合金、W-ZrC合金、W-Y合金、ff-Μο合金、W-Re合金、W-K合金、W-CNT合金中的一种。3.根据权利要求1所述的一种高性能钨/钢复合材料；其特征在于:钢基层选自结构钢、工具钢、不锈钢中的一种。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料；其特征在于: 通过真空焊接所得钨/钢复合材料室温拉伸强度大于等于352MPa，在650°C的拉伸强度大于等于338MPa。5.一种如权利要求1-3任意一项所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法；其特征在于；包括以下步骤: 按钨基层/钛层/铌层/镍层/钢基层的叠加方式，将钨基层、钛层、铌层、镍层、钢基层依次叠加后，进行真空扩散连接，得到钨/钢复合材料；所述真空扩散连接为:首先采用10?30°C /min的升温速率升温至850?1050°C，保温30?120min，并在保温过程中加载5?20MPa的连接压力，随后以5?10°C /min的冷却速率将温度降低到600?900°C，并保温60?180min，最后随炉冷至室温，在整个连接过程中，保持炉内真空度为I?5X 10 3Pa06.根据权利要求5所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法:其特征在于:钨基层与钛层、钛层与铌层、铌层与镍层、镍层与钢基层的接触面的表面光洁度均为0.1?5 μπι。7.根据权利要求6所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法:其特征在于: 钨基层与钛层的接触面的表面光洁度为0.1?0.3 μπι，钛层与铌层、铌层与镍层的接触面的表面光洁度为0.1?0.5 μm、镍层与钢基层的接触面的表面光洁度为0.1?I μπι。8.根据权利要求6所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法:其特征在于:所述钛层、银层、Ni层的厚度均为0.01?5mm。9.根据权利要求8所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法:其特征在于:所述钛层的厚度为0.01?2mm ;所述银层的厚度为0.1?2mm ;所述Ni层的厚度为0.01?2mm。10.根据权利要求9所述的一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料的制备方法:其特征在于:所述钛层的厚度为0.1?Imm ;所述银层的厚度为0.1?Imm ;所述Ni层的厚度为0.1?2_。
【专利摘要】本发明涉及一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料及其制备方法；属于复合材料制备技术领域。本发明是要解决现有钨/钢连接件存在接头残余应力大，强度低，耐热性差和连接温度高的问题。所述高性能钨/钢复合材料由钨基层、钛层、铌层、镍层、钢基层依次排列并通过焊接方法制备而成。本发明按钨基层/钛层/铌层/镍层/钢基层的叠加方式，将钨基层、钛层、铌层、镍层、钢基层依次叠加后，进行真空扩散连接，得到高性能钨/钢复合材料。本发明所得高性能钨/钢复合材料室温拉伸强度大于等于352MPa，在650℃的拉伸强度大于等于338MPa。本发明结构设计合理，工艺简单、便于规模化应用。同时本发明可广泛应用于难熔金属与其它金属异种材料的扩散连接。
【IPC分类】B23K20/00, B32B15/18, B32B15/01, B32B37/10, B32B37/06
【公开号】CN105216394
【申请号】CN201510725625
【发明人】马运柱, 蔡青山, 刘文胜
【申请人】中南大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月30日