一種鎢/銅焊接用銅基釬料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種適用于鎢/銅釬焊連接的Cu基釬料合金及其制備方法，具體涉及一種鎢/銅焊接用銅基釬料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢/銅連接的主要技術(shù)有:電子束焊接、熱等靜壓、等離子體噴涂、燒結(jié)熔滲法、活性金屬澆注法與釬焊等。其中，釬焊是通過液態(tài)釬料連接母材的一種焊接工藝；一般的，僅釬料在釬焊過程中發(fā)生熔化；因其具有對母材影響小、對焊件尺寸與形狀要求低以及低成本等特點，該技術(shù)已被廣泛使用。
[0003]作為釬焊所用的必備材料，釬料是影響釬焊工藝與釬焊質(zhì)量的關(guān)鍵因素。SEKI最早嘗試使用Ni基非晶釬料進(jìn)行W/Cu合金釬焊，發(fā)現(xiàn)所形成的焊縫與W的界面處常出現(xiàn)N1-ff脆性金屬間化合物，導(dǎo)致接頭性能惡化。為避免接頭脆性，MAKSIMOVA致力于W/Cu釬焊連接用高韌合金釬料的研究，開發(fā)出Ag-Cu、T1-Cu、Cu-Mn等體系釬料。其中,Ag_Cu共晶釬料雖具有良好的浸潤性等特性，但Ag組元成本高，且不適用真空釬焊；T1-Cu系釬料在釬焊過程中對釬焊條件十分敏感，性能不穩(wěn)定；而CuMn系釬料主要包括PM-63和PM-72兩種類型，其中后者形成的釬焊接頭具有較好的力學(xué)性能。PM-72型釬料對應(yīng)的原子百分比成分為:40% MnU% Ni,2% FeU% Si和56% Cu。由于PM-72型釬料中低熱導(dǎo)率組元Μη(其導(dǎo)熱系數(shù)入=0.0782W/ (cm.K)，而基體元素Cu的達(dá)到4.0lff/ (cm.K)，W的達(dá)到1.74ff/(cm.Κ))含量較高，原子百分比成分達(dá)40%，釬焊合金的導(dǎo)熱能力變差，降低焊件整體的導(dǎo)熱能力，影響ITER裝置對部件傳熱能力的服役要求。與此同時，合金的高Μη含量也容易引起成分偏析，導(dǎo)致某種含Μη脆性相沿著焊縫與基體材料的界面析出，使釬焊質(zhì)量急劇惡化。俄羅斯的KALIN等人采用了 STEMET 1204Μ釬料用于鎢銅的之間焊接，該釬料具體為Cu - 28T1- lBewt%，釬焊溫度為 950°C。
[0004]針對現(xiàn)有W/Cu連接用釬料的研究現(xiàn)狀與不足，我們將基于Cu-Mn 二元合金體系，結(jié)合元素間的導(dǎo)熱系數(shù)、熔點、固溶度和抗氧化性等物性，選擇合適的添加元素，對Cu-Mn二元基體合金進(jìn)行多元微合金化，并結(jié)合單輥甩帶急冷技術(shù)，獲得成分均勻好，組織細(xì)小、無偏析的薄箔釬料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鎢/銅焊接用銅基釬料及其制備方法，它具有成本低、組織均勻、制作簡單且釬焊工藝簡便易行的特點。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鎢/銅焊接用銅基釬料，釬料合金的化學(xué)成分組成為Cu10Qxy zMnxSiyCrz，其中 x、y、z 為原子百分比，25%彡 X 彡 33%，0%〈y 彡 1%，0%〈ζ 彡 1%。
[0007]—種鎢/銅焊接用銅基釬料的制備方法，該釬料通過非自耗電弧熔煉和水冷銅輥熔體快淬方法制備，它是由下述步驟實現(xiàn):
[0008](1)配料:在 Cu100 x y zMnxSiyCrz,25 彡 x 彡 33，0〈y ( 1，0〈ζ ( 1 成分區(qū)間內(nèi)選擇成分配比；將所選的原子百分比化學(xué)成分，轉(zhuǎn)換成重量百分比成分(Wt.% )，按配比稱取各組元金屬原料；
[0009](2)熔煉:將配好的高純原料混合后放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，將爐體抽真空至10-3Pa量級后，充入0.2MPa純氬氣保護(hù)氣氛，進(jìn)行合金熔煉，電弧熔煉的工作電流為200-300A，在銅坩堝內(nèi)反復(fù)熔煉3-5次，得到成分均勻的合金錠；
[0010](3)快淬:將合金錠破碎，放入噴嘴為長12mm寬1mm的石英管中，通過感應(yīng)加熱技術(shù)將石英管中的合金試料熔化，并用高純氬氣將合金熔體吹出，使其噴射到高速旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥上，運用單輥甩帶技術(shù)制成合金寬帶樣品；帶子的寬度與厚度可以通過甩帶工藝參數(shù)調(diào)節(jié)，其寬度為8-15mm，厚度為60-120 μ m。
[0011]—種鎢/銅焊接用銅基釬料的制備方法，該釬料通過非自耗電弧熔煉、真空吸鑄和冷軋方法制備，它是由下述步驟實現(xiàn):
[0012](1)配料:在 Cu100xyzMnxSiyCrz，25 彡 x 彡 33，0〈y ( l，0〈z ( 1 成分區(qū)間內(nèi)選擇成分配比；將所選釬料化學(xué)成分的原子百分比轉(zhuǎn)換成重量百分比成分，按配比稱取各組元金屬原料；
[0013](2)熔煉:將配好的高純原料混合后放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，在
0.2Mpa純氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行合金熔煉，電弧熔煉工作電流在200-300A，在銅坩堝內(nèi)反復(fù)熔煉3-5次，得到成分均勻的合金錠；
[0014](3)真空吸鑄:將熔煉得到的合金錠放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅模內(nèi)，在純氬氣保護(hù)氣氛下重熔，電弧熔煉工作電流在300A左右，使用銅模吸鑄快冷技術(shù)制備30mmX 3mmX 30-50mm尺寸的合金板材，吸鑄時壓差大于0.2Mpa ；
[0015](4)軋制:通過冷軋機(jī)對合金坯料進(jìn)行軋制，冷軋道次為> 5次、道次變形率為10?25%，得到的銅基釬料箔帶寬度為8-30mm，厚度為80-200 μ m。
[0016]一種鎢/銅焊接用的銅基釬料及其制備方法，制備釬料所用金屬原料純度為:Cu純度大于99.9wt.%, Μη純度大于99.9wt.%, Cr純度大于99.9wt.%, Si純度大于99.9wt.% ο
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點是，①開發(fā)出新型的富Cu(>70% )單相固溶體合金釬料，成分均勻好、無偏析，組織細(xì)小，制備工藝簡單可靠、再現(xiàn)性好；②新的箔帶釬料具有好的熔化特性，且與鎢和銅母材的潤濕性良好；③釬焊接頭具有高熱導(dǎo)率、良好的力學(xué)性能和抗熱疲勞性倉泛。
【附圖說明】
[0018]圖1是Cu71Mn2SCrQ.5SiQ.5成分合金薄箔寬帶的掃描電鏡的二次電子像；
[0019]圖2是Cu71Mn2SCrQ.5SiQ.5與Cu74Mn25CrQ.5SiQ.5成分合金薄箱釬料的XRD衍射圖像；
[0020]圖3是Cu71Mn2SCrQ.5SiQ.5成分合金釬料的熱分析曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0022]一種鎢/銅釬焊連接用的銅基釬料，含Cu、Mn、S1、Cr組元，其化學(xué)成分為Cu10QxyzMnxSiyCrz，其中 x、y、z 為原子百分比，下同，25% 彡 x ( 33% ,0% <y ^ 1% ,0%<z ( 1%，余量為Cu。
[0023]該釬料通過兩種方式制備:(A)非自耗電弧熔煉和水冷銅輥熔體快淬方法；以及(B)真空吸鑄和冷軋方法。
[0024]A、非自耗電弧熔煉和水冷銅輥熔體快淬方法制備銅基釬料，具體步驟如下:
[0025](1)配料:在 Cu100 x y zMnxSiyCrz (2533，0〈y ( l,0<z ( 1)成分區(qū)間內(nèi)選擇成分配比；將所選的原子百分比化學(xué)成分，轉(zhuǎn)換成重量百分比成分(wt.% )，按配比稱取各組元金屬原料。
[0026](2)熔煉:將配好的高純原料混合后放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，將爐體抽真空至10 3Pa量級后，充入0.2MPa純氬氣保護(hù)氣氛，進(jìn)行合金熔煉，電弧熔煉的工作電流為200-300A。在銅坩堝內(nèi)反復(fù)熔煉3-5次，得到成分均勻的合金錠。
[0027](3)快淬:將合金錠破碎，放入噴嘴為長12mm寬1mm的石英管中，通過感應(yīng)加熱技術(shù)將石英管中的合金試料熔化，并用高純氬氣將合金熔體吹出，使其噴射到高速旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥上，運用單輥甩帶技術(shù)制成合金寬帶樣品。帶子的寬度與厚度可以通過甩帶工藝參數(shù)(例如銅輥轉(zhuǎn)速、石英管噴嘴尺寸以及噴嘴-銅輥間的距離等具體工藝范圍)調(diào)節(jié)。其寬度為8-15mm，厚度為60-120 μ m。
[0028]B、真空吸鑄和冷軋方法制備銅基釬料，具體步驟如下:
[0029](1)配料:將所選釬料化學(xué)成分的原子百分比轉(zhuǎn)換成重量百分比成分，按配比稱取各組元金屬原料。
[0030](2)熔煉:將配好的高純原料混合后放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，在
0.2Mpa純氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行合金熔煉，電弧熔煉工作電流在200-300A，在銅坩堝內(nèi)反復(fù)熔煉3-5次，得到成分均勻的合金錠。
[0031](3)真空吸鑄:將熔煉得到的合金錠放入非自耗電弧熔煉爐的水冷銅模內(nèi)，在純氬氣保護(hù)氣氛下重熔，電弧熔煉工作電流在300A左右，使用銅模吸鑄快冷技術(shù)制備30mmX 3mmX (30-50)mm尺寸的合金板材，吸鑄時壓差大于0.2Mpa。
[0032](4)軋制:通過冷軋機(jī)對合金坯料進(jìn)行軋制，冷軋道次為> 5次、道次變形率為10?25%，得到的銅基釬料箔帶寬度為8-30mm，厚度為80-200 μ m。
[0033]上述的銅基釬料及其制備工藝，其特征在于制備釬料所用金屬原料純度為:Cu純度大于99.9wt.%, Μη純度大于99.9wt.%, Cr純度大于99.