CN102489813A - 钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，步骤如下：(1)钼铜合金和不锈钢焊接区表面预处理；(2)活性钎料清洗；(3)夹装：将活性钎料置于预先处理过的钼铜合金和不锈钢待焊表面之间，然后用夹具进行装配，垂直施加0.2～1MPa的封接压力；(4)焊接：将上述装配好的钼铜合金/活性钎料/不锈钢焊件放入真空钎焊设备中进行焊接；钎焊完成后，待温度冷却至室温，取出焊件。本发明的工艺简单，操作方便，钎焊温度低，避免了接头脆硬相的产生，真空的钎焊环境也消除了其他杂质的有害作用，可获得无气孔、裂纹等缺陷的钎焊接头，接头剪切强度达170～220MPa，能够满足钼铜合金与不锈钢复合构件在生产中的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，属于异质材料连接技术领域。
背景技术
钼铜合金是由钼和铜通过粉末冶金、熔渗等技术制备的一种高温材料，兼具钼的高强度、高硬度、低热膨胀系数等特点及铜的高塑性、高导电导热性等特点，综合性能优异，广泛应用于电触头材料、散热材料和电子封装材料。采用熔焊方法焊接钼铜合金与不锈钢时，由于两者的线胀系数和导热能力相差很大，接头易产生较大的应力，导致开裂。
钎焊属于固相焊，焊件大多是整体加热或钎缝周围大面积均均匀加热，因此，工件的变形量及钎焊接头的剩余应力比熔焊小得多，易于保证工件的精密尺寸。中国科学院电子学研究所采用钼锰金属化及镀镍钎焊方法焊接钼铜合金与Al2O3陶瓷，得到了气密性良好的封接接头。但焊前需对钼铜合金进行镀镍，对Al2O3陶瓷进行金属化及镀镍，焊接工序较多。
发明内容
针对上述现有技术，针对钼铜合金的熔焊开裂倾向大、钼锰金属化钎焊工序较多等技术的不足，本发明提供了一种钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，本发明在真空条件下，通过活性钎料与钼铜合金及不锈钢之间复杂的物理化学反应，实现钼铜合金与不锈钢的密封连接。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，步骤如下：
(1)钼铜合金和不锈钢焊接区表面预处理：将钼铜合金和不锈钢分别放在丙酮溶液中超声清洗15～30min，热风烘干，然后用砂纸打磨，对表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，至露出金属光泽为止；
(2)活性钎料清洗：将活性钎料置于丙酮溶液中超声清洗15～30min，然后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)夹装：将活性钎料置于步骤(1)中预先处理过的钼铜合金和不锈钢待焊表面之间，然后用夹具进行装配，垂直施加0.2～1MPa的封接压力；
(4)焊接：将上述装配好的钼铜合金/活性钎料/不锈钢焊件放入真空钎焊设备中进行焊接；钎焊完成后，待温度冷却至室温，取出焊件。
所述活性钎料为Ag-Cu-Ti活性钎料，其化学成分为：Cu 24～26％，Ti 1～2％，余量为Ag，按质量百分数。
优选的，所述活性钎料的形状为箔片状，厚度为50～150μm。
所述焊接的工艺参数为：真空度优于5×10-4pa，钎焊温度900～960℃，保温时间15～25min，升温速度8～10℃/min，冷却时先以5～10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
优选的，所述钼铜合金为Mo的质量分数为60％、Cu的质量分数为40％的钼铜合金；所述不锈钢为奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢，即1Cr18Ni9Ti不锈钢或0Cr13不锈钢。
优选的，所述钼铜合金的尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm；所述不锈钢的尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm。
本发明采用Ag-Cu-Ti活性钎料，该钎料对钼铜合金及不锈钢均有良好的润湿性。钎料中液态银和铜的流动性好，可均匀地润湿并填充到钼铜合金与不锈钢界面上；同时，钎料中的液态铜可熔渗到钼铜合金的空隙中，提高钼铜合金的致密度。此外，钎料中的活性元素Ti能够促进钎料与钼铜合金及不锈钢的扩散结合，提高接头强度。
本发明的工艺简单，操作方便，钎焊温度低，避免了接头脆硬相的产生，真空的钎焊环境也消除了其他杂质的有害作用，可获得无气孔、裂纹等缺陷的钎焊接头，接头剪切强度达170～220MPa，能够满足钼铜合金与不锈钢复合构件在生产中的使用要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊
钼铜合金与奥氏体不锈钢对接接头的真空活性钎焊，钼铜合金组成为Mo60％-Cu40％(质量分数)，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm；奥氏体不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm。钎焊工艺步骤为：
(1)钼铜合金和不锈钢焊接区表面预处理：将钼铜合金和不锈钢分别放在丙酮溶液中超声清洗20min，热风烘干；然后用砂纸打磨对表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，至露出金属光泽为止；
(2)活性钎料清洗：将Ag 72.5％-Cu 26％-Ti 1.5％活性钎料(其化学成分为质量分数)置于丙酮溶液中超声清洗25min后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)夹装：将厚度为100μm的Ag-Cu-Ti活性钎料置于预先处理过的钼铜合金和奥氏体不锈钢待焊表面之间，然后用夹具进行装配，垂直施加0.3MPa的封接压力；
(4)焊接：将装配好的钼铜合金/Ag-Cu-Ti钎料/不锈钢焊件放入真空钎焊设备中进行焊接，钎焊工艺参数为：钎焊温度为930℃，保温时间为20min，加热速度为10℃/min，真空度为10-5Pa。升温时设置2个保温平台：300℃保温10min；880℃保温10min；冷却时先以8℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温后取出焊件。
获得的钼铜合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢对接钎焊接头焊缝成形良好，焊件无变形，经过金相显微镜未发现微观裂纹、气孔、夹杂等缺陷，钎焊区界面结合致密，接头剪切强度达200MPa。
实施例2钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊
钼铜合金板与铁素体不锈钢板搭接接头的真空活性钎焊，钼铜合金组成为Mo60％-Cu40％(质量分数)，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm；铁素体不锈钢为0Cr13不锈钢，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm。
钎焊工艺步骤为：
(1)钼铜合金和0Cr13不锈钢焊接区表面预处理：将钼铜合金和0Cr13不锈钢分别放在丙酮溶液中超声清洗30min，热风烘干；然后用砂纸打磨对表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，至露出金属光泽为止；
(2)活性钎料清洗：将Ag 73％-Cu 25％-Ti 2％活性钎料(其化学成分为质量分数)置于丙酮溶液中超声清洗25min后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)夹装：将厚度为120μm的Ag-Cu-Ti活性钎料置于预先处理过的钼铜合金和0Cr13不锈钢待焊表面之间，然后用夹具进行装配，垂直施加0.8MPa的封接压力；
(4)焊接：将装配好的钼铜合金/Ag-Cu-Ti钎料/不锈钢焊件放入真空钎焊设备中进行焊接，钎焊工艺参数为：钎焊温度为950℃，保温时间为20min，加热速度为10℃/min，真空度为10-5Pa。升温时设置3个保温平台：300℃保温10min；850℃保温5min，900℃保温5min；冷却时先以10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温后取出焊件。
获得的钼铜合金与0Cr3铁素体不锈钢搭接钎焊接头焊缝成形良好，焊件无变形，钎焊接头区界面结合致密，接头剪切强度达185MPa。
Claims (6)
1.钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：步骤如下：
(1)钼铜合金和不锈钢焊接区表面预处理：将钼铜合金和不锈钢分别放在丙酮溶液中超声清洗15～30min，热风烘干，然后用砂纸打磨，对表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，至露出金属光泽为止；
(2)活性钎料清洗：将活性钎料置于丙酮溶液中超声清洗15～30min，然后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)夹装：将活性钎料置于步骤(1)中预先处理过的钼铜合金和不锈钢待焊表面之间，然后用夹具进行装配，垂直施加0.2～1MPa的封接压力；
(4)焊接：将上述装配好的钼铜合金/活性钎料/不锈钢焊件放入真空钎焊设备中进行焊接；钎焊完成后，待温度冷却至室温，取出焊件。
2.根据权利要求1所述的钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述活性钎料为Ag-Cu-Ti活性钎料，其化学成分为：Cu 24～26％，Ti 1～2％，余量为Ag，按质量百分数。
3.根据权利要求1所述的钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述活性钎料的形状为箔片状，厚度为50～150μm。
4.根据权利要求1所述的钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述焊接的工艺参数为：真空度优于5×10-4pa，钎焊温度900～960℃，保温时间15～25min，升温速度8～10℃/min，冷却时先以5～10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述钼铜合金为Mo的质量分数为60％、Cu的质量分数为40％的钼铜合金；所述不锈钢为奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢，即1Cr18Ni9Ti不锈钢或0Cr13不锈钢。
6.根据权利要求1所述的钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述钼铜合金的尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm；所述不锈钢的尺寸为30mm×10mm，厚度为30mm。
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