[发明专利]一种亚稳态Cu基和Ni基合金复合箔及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种亚稳态Cu基和Ni基合金复合箔材料，本发明还涉及该复合箔材料的制备方法。

背景技术

随着航天技术的迅猛发展，新一代发动机中大量采用新材料及异种材料的连接结构，以发挥各种材料的性能优势，提高发动机的整体性能。铜合金具有良好的耐腐蚀性和较高的热导性率，已成为国外主流发动机的主要组件。铜合金与不锈钢连接结构成为发动机的重要组成部分。但是，铜与不锈钢的焊接属于异种金属的焊接，两者的物理性能相差很大，铜的熔点比不锈钢约低400℃，铜的导热系数是不锈钢的24倍，但是不锈钢的强度是铜的2倍。二者形成焊接时势必产生很大的应力。同时，两种母材都含有O、S、P等杂质元素，焊接过程中会形成低熔点的共晶体和脆性化合物，焊缝区易产生热裂纹，铜与不锈钢的熔焊性能较差。

过渡液相扩散焊是一种在焊前预置中间层焊接，然后施加压力、加热和保温，即可实现结合的焊接方法，获得的接头力学性能较高。除了工艺因素的影响之外，接头性能主要取决于过渡层合金的成分及其在焊接过程中元素的扩散行为。因此，配制合理的成分，控制焊接过程中元素的扩散是实现铜与不锈钢TLP焊的关键。

目前，多用Ni基合金和Fe基合金作为钢/钢焊接的过渡层，在此方面的研究较多。而对铜/钢的TLP研究则较为少见。基于铜与不锈钢所存在物理性能方面的差异，Ni基合金或Fe基合金已不再适于这两种合金之间的焊接。设计、制作适于铜与不锈钢TLP焊的过渡层材料具有工程意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚稳态Cu基和Ni基合金复合箔，作为铜/钢焊接的过渡层，可解决铜与不锈钢之间的TLP焊接性能较差的问题。

本发明的另一目的是提供上述复合箔的制备方法，制备得到上述的复合箔。

本发明所采用的技术方案是，一种亚稳态Cu基和Ni基合金复合箔，由Cu基合金层和Ni基合金层组成，所述的Cu基合金层的组分按照重量百分比，其组成为：Sn为7％～20％，B为0.5％～1.0％，其余为Cu；所述的Ni基合金层的组分按照重量百分比，其组成为：Si为5％～9％，B为0.5％～1.0％，其余为Ni。

Cu基合金层厚为15～25μm，Ni基合金层厚为15～25μm。

本发明所采用的另一技术方案是，制备上述复合箔的方法，该方法使用如下的装置制备，并按照以下步骤实施，

所述的装置包括一真空室，在真空室的壁板上设置有真空泵和由电机驱动的辊轮，在真空室的上面连接有小真空室，小真空室设置有氩气进口，小真空室的底部与坩埚接通，坩埚的内腔被中隔分开成两个熔炼室，每个熔炼室的底部分别开设有一个长条型的喷嘴，坩埚放置在高频感应线圈中，高频感应线圈位于辊轮的上方，在真空室的侧边设置有收集室。

所述的步骤为，

步骤1、分别称量母合金Cu基母合金和Ni基母合金，Cu基合金层的组分按照重量百分比组成为：Sn为7％～20％，B为0.5％～1.0％，其余为Cu；Ni基合金层的组分按照重量百分比组成为：Si为5％～9％，B为0.5％～1.0％，其余为Ni，对上述称量的Cu基母合金和Ni基母合金分别进行熔配，

步骤2、把上步熔配得到的Cu基母合金和Ni基母合金分别放入坩埚的两个内腔中；再将坩埚放置在位于辊轮上方的高频感应线圈中；

步骤3、开启真空泵，将真空室抽真空至0.1～0.25Pa，再从氩气进口充高纯氩气至0.95～1.05kPa，反复“抽真空-充Ar气”过程3～5次，然后使用高频感应设备加热，使Cu基母合金和Ni基母合金熔化并保持3～5min；

步骤4、开启电机，驱动辊轮旋转，随即从氩气进口充入高速Ar气，将熔化的Cu基和Ni基合金液分别从坩埚下面的喷嘴喷出，并沿辊轮表面急冷凝固，得到Cu基和Ni基合金双层合金箔带。

本发明的亚稳态Cu基和Ni基合金复合箔不仅综合了铜基合金作过渡层和Ni基合金作过渡层的各自优点，而且克服了工艺上的不便和对接头形成的不利影响，非常适合铜与不锈钢的TLP焊接及扩散钎焊。本发明的制备方法，工艺简单，容易操作。

附图说明

图1是制备本发明的装置的一个实施例结构示意图；

图2是图1所述装置的熔炼坩埚结构及工作状态示意图；

图3是本发明的复合箔的结构示意图；

图4是本发明焊接铜合金与不锈钢接头的装配示意图。