[发明专利]一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法

说明书

本发明公开一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法，包括如下步骤：步骤一、高熔点金属试样制作与预处理；步骤二、夹具制作；步骤三、低熔点金属熔炼；步骤四、浇铸与冷却。本发明根据扩散偶组元金属性质选择不同的熔炼方法和加工形状，既适用于易氧化金属组元，又适用于惰性金属，实验操作简单，过程简化，极大地降低了扩散退火的实验要求，排除扩散界面氧元素的干扰；根据模具与高熔点金属试样的尺寸，设计夹具，在一次浇铸制样中可以获得多个扩散偶；制备的扩散偶在做扩散试验研究时，仅需在大气环境下普通热处理炉扩散退火即可；由于已知夹具和模具的尺寸，在模具冷却拆模后得到方便切割的扩散偶，在切割过程中不破坏扩散偶。

技术领域

本发明属于金属材料界面研究领域，具体涉及一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法。

背景技术

扩散行为普遍存在于铸造、焊接、热加工等过程，是影响金属合金化的重要因素，研究金属间的扩散行为对合金相图研究，合金热处理工艺的制定，材料的焊接工艺参数都具有重要意义。通过制备扩散偶可以观察特定温度下不同热处理时间扩散层厚度，分析扩散层成分，计算特定元素的扩散系数，从而更好地制定工艺参数，指导实践。

中国专利CN108296629公开了一种利用激光成型制备扩散偶的方法，该方法需要计算机辅助设计，并且设备昂贵，不适用于制备单个扩散偶，主要用于制备多元扩散偶。中国专利CN110146357A公开了一种钒渣/氧化钙扩散偶及其制备方法，该方法需要经过多次真空热压，对实验设备真空度要求高。中国专利CN110280741A公开了一种制备Sn-Bi扩散偶的方法，该方法中Bi加工成圆筒状不利于去除内外表面的氧化皮，且扩散偶界面暴露，扩散过程中易受氧元素干扰，而且浇铸冷却后需要进一步真空热处理，工序复杂。

目前应用较多的“铆钉法”制备扩散偶的过程中，需要加工成销孔配合，工艺繁琐，精度要求高，加工完成后柱状试样曲面处的氧化膜不易去除，扩散偶界面无法紧密结合，影响扩散效果，铆钉法制备扩散偶为了界面结合紧密通常采用过盈配合，配合后界面处存在应力需要进一步退火处理。

发明内容

本发明针对目前扩散偶制备过程复杂，扩散过程中需要真空环境的问题，提供了一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法，制备出的扩散偶仅需在大气环境下普通热处理炉扩散退火即可，同时，一次浇铸可以制备多个同种或不同种的扩散偶。

本发明实现方式：一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法，包括如下步骤：步骤一、高熔点金属试样制作与预处理：将高熔点金属切割后制成形状规则的试样，经砂纸打磨、抛光机抛光去掉表面氧化层，然后用无水乙醇清洗，再用吹风机冷风吹干；步骤二、夹具制作：根据浇铸模具尺寸，用低熔点金属丝制备夹具，所述夹具具有一个或一个以上的凹型，所述凹型与高熔点金属试样尺寸相匹配，所述夹具尺寸与模具相匹配，放置于模具内固定；步骤三、低熔点金属熔炼：在熔炼炉内将低熔点金属熔化；步骤四、浇铸与冷却：在保护性气氛下将低熔点金属液浇铸到模具内并完全包覆高熔点金属试样，待模具自然冷却拆模后得到扩散偶。在步骤一中，高熔点金属制备成形状规则的试样，是为了方便高熔点金属试样的打磨和抛光，以获得较好的表面光洁度；步骤二中，夹具呈凹字形，凹型内放置高熔点金属试样，凹型大小以能够满足高熔点金属试样稳固放置为基础，不会受到低熔点金属浇铸时的冲击而移动；步骤三中，熔炼炉根据扩散偶金属组元的性质选择；步骤四中，在保护性气氛下浇铸以保证低熔点金属液在浇铸及凝固过程不被氧化，从而得到扩散偶界面不被氧元素干扰。本发明利用夹具将高熔点金属稳固的固定在模具内，低熔点金属液浇铸到模具内并完全包覆高熔点金属，由于高熔点金属界面的低熔点金属液先凝固，从而对高熔点金属形成紧密包围，同时在浇铸时利用保护性气氛，得到不被氧元素干扰的二元扩散偶。本发明中，夹具凹型根据需要可以设定多个，一次获得多个扩散偶。

优选的，步骤三中熔炼炉为坩埚熔炼炉，步骤四中，所述保护性气氛为氮气或氩气中的一种。在浇铸时通入氮气或氩气进行保护，可以有效防止低熔点金属液的氧化，排除扩散界面氧元素的干扰，所得到的扩散偶界面只有纯金属组元。