[发明专利]一种钨铜异种金属的扩散连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异种合金的扩散连接方法，具体涉及一种钨与铜的扩散连接方法。

背景技术

金属钨由于其在低能区域具有高的溅射阀值，高熔点，高的抗等离子体冲刷能力，最有希望用作聚变反应堆偏滤器的背板材料；金属铜具有优异的导热、良好的加工和焊接性能，将两者结合在一起将适合作为偏滤器严酷环境下使用的热沉材料。但钨和铜是两种热物理性质迥异的金属，主要表现为热膨胀系数的失配（约12×10^-6/℃）和巨大的熔点差（2327℃）。热膨胀系数的差别，将会直接导致接头中产生极大的残余应力，严重影响焊接接头的性能；另一方面，钨与铜不能直接形成冶金结合，很难直接采用扩散的方法连接。

公开号为CN1593818A的中国专利公开了“一种熔渗-焊接法制备钨/铜功能梯度材料的方法”，该方法先采用熔渗的方法制备出钨铜梯度分布的过渡层，再通过热压焊接的方法把W/Cu梯度层与纯钨连接在一起制备成完整的W/Cu梯度材料。上述方法存在梯度钨骨架的制备困难复杂的问题。公开号为CN101494322A的中国专利公开了“一种钨铜连接方法”，该方法先将铜金属真空熔覆在钨金属表面的波形沟槽，然后采用真空扩散连接方法使其与铜合金连接在一起。上述方法存在钨金属硬度高难加工的问题。公开号为CN101704160A的中国专利公开了“一种钨与铜及其合金异种金属连接方法”，该方法采用加入中间过渡层Ni的真空扩散连接方法实现钨铜异种金属的扩散连接。上述方法采用Ni作为中间过渡层，由于Ni大量的吸收中子，不适合作为中间过渡层与第一壁直接接触。

综上所述，选择一种既能够使钨和铜以较高的强度结合在一起，又能够克服由于材料热物理性能显著差异引起的热应力破坏的连接方法，就显得十分必要了。

发明内容

本发明的目的是提供一种钨铜异种金属的扩散连接方法，该方法采用真空扩散焊接技术，添加镀有Fe-W非晶镀层的铜箔作中间层，实现钨铜异种金属的可靠连接，具有操作简单、成本低等优点。

本发明所提供的一种钨铜异种金属的扩散连接方法，包括如下步骤：

（1）将铜片和铜箔进行电化学抛光；

（2）将经所述电化学抛光后的铜箔的一侧表面进行封装后置于电镀液中进行电镀，则在所述铜箔的另一侧表面得到非晶Fe-W镀层；

所述电镀液由钨酸钠、硫酸亚铁、酒石酸铵和水组成；

（3）将所述铜片、铜箔和钨片自下而上依次叠合，然后进行真空热压烧结即实现钨铜异种金属的扩散连接；其中所述铜箔的非晶Fe-W镀层侧面与所述钨片接触，

上述的扩散连接方法，步骤（1）中，所述电化学抛光的溶液为体积比可为（8~10）：1的磷酸和乙醇的混合液，如体积比分别为8：1和10：1的磷酸和乙醇的混合液；所述电化学抛光时的电流密度可为20~40A/dm²，如20A/dm²或40A/dm²；所述电化学抛光的时间可为5~10min，如5min或10min。

上述的扩散连接方法，步骤（2）中，所述电镀液中，所述钨酸钠、硫酸亚铁和酒石酸铵的质量体积浓度分别可为60~90g/L、5~20g/L和30~70g/L，所述钨酸钠的质量体积浓度具体可为75~80g/L、75g/L或80g/L，所述硫酸亚铁的质量体积浓度具体可为10~20g/L、10g/L或20g/L，所述酒石酸铵的质量体积浓度具体可为45~55g/L、45g/L或55g/L；所述电镀液的pH值为7~9，如7或9。

上述的扩散连接方法，步骤（2）中，所述电镀在水浴中进行，所述水浴的温度可为50~70℃，如50℃或70℃。

上述的扩散连接方法，步骤（2）中，所述电镀时的电流密度可为3~10A/dm²，具体可为3A/dm²或10A/dm²，时间可为5~10min，具体可为5min或10min；电镀时所述铜箔为阴极，石墨为阳极。

上述的扩散连接方法，步骤（2）中，所述非晶Fe-W镀层的厚度可为1.5~3.5μm，如2.506μm或3.310μm；所述非晶Fe-W镀层中，钨的原子百分数为20%~25%，铁的原子百分数可为75%~80%。

上述的扩散连接方法，所述铜箔的厚度可为20~40μm，如30μm。

上述的扩散连接方法，步骤（3）中，所述真空热压烧结在真空热压烧结炉中进行；

在所述真空热压烧结炉的模具上压头上喷头碳化硼陶瓷作为阻焊层，所述铜片放置于所述阻焊层上。