铜合金与不锈钢的扩散焊方法.pdf

本发明公开了一种铜合金与不锈钢的扩散焊方法，用于提高铜合金与不锈钢焊接接头的强度。其方法是将经过处理的锡青铜箔材置于待焊铜合金与不锈钢之间，而后整体置于真空扩散焊炉内，将温度由室温升至880～920℃，加压4～8MPa，保温30～60min，保温结束后随炉冷却。由于采用锡青铜为焊接中间层进行扩散焊，利用锡青铜中Sn元素向焊接界面的偏聚，形成Cu-Sn液相以及此液相对不锈钢晶界的熔蚀作用，形成曲折的焊接界面，提高有效焊接面积，使得接头抗拉强度由现有技术的铜合金母材强度的80～88％提高到93％以上。

1.  一种铜合金与不锈钢的扩散焊方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)选择厚度为0.1mm的锡青铜箔材作为中间层连接材料；
(b)采用2000^#SiC砂纸对铜合金、不锈钢待焊表面以及锡青铜箔材表面进行打磨，用丙酮超声波清洗；
(c)将经过处理的锡青铜箔材置于待焊铜合金与不锈钢之间，而后整体置于真空扩散焊炉内的上、下压头之间，在上、下压头与被焊工件之间放置阻焊层，施加预压力0.5～1MPa；
(d)对真空扩散焊炉抽真空，当真空度达到3.0×10^-3～4.0×10^-3Pa时，开始加热；
(e)将温度由室温升至880～920℃，加压4～8MPa，保温30～60min，保温结束后随炉冷却，且保持压力不变。

铜合金与不锈钢的扩散焊方法
技术领域
本发明涉及一种扩散焊方法，特别涉及铜合金与不锈钢的扩散焊方法。
背景技术
铜合金与不锈钢焊接在具有耐磨、导热和导电等要求的构件制造中具有广泛应用。
文献1“Influence of brazing conditions on the strength of brazed joints of aluminadispersion-strengthened copper to 316 stainless steel，Nishi H，Kikuchi K.Journal of NuclearMaterials，258-263(1998)：281-288.”公开了一种Al₂O₃弥散强化铜合金与316不锈钢钎焊的方法，该方法所焊接头的抗拉强度与被焊铜合金强度相当，但所采用的中间层连接材料为含有大量贵金属的Au80Cu20合金，且此中间层合金不是通用合金，需要专门制备，因此生产成本较高。
文献2“瞬时液相扩散焊接CuAlBe合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢，于治水，吴铭方，王凤江，王宇。焊接学报，2000年，21卷，3期：32-36”公开了一种CuAlBe合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢的一种瞬时液相扩散焊方法，但所采用的中间层连接材料Cu30Mn为一种需要专门制备的合金材料，生产成本较高，且接头室温强度约为母材的80～88％。
发明内容
为了克服现有技术瞬时液相扩散焊方法焊接铜合金与不锈钢时接头强度低的不足，本发明提供一种铜合金与不锈钢扩散焊方法，采用锡青铜为焊接中间层进行扩散焊。接头抗拉强度可以达到铜合金母材强度的93％以上。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种铜合金与不锈钢的扩散焊方法，其特点是包括下述步骤：
(a)选择厚度为0.1mm的锡青铜箔材作为中间层连接材料；
(b)采用2000^#SiC砂纸对铜合金、不锈钢待焊表面以及锡青铜箔材表面进行打磨，用丙酮超声波清洗；
(c)将经过处理的锡青铜箔材置于待焊铜合金与不锈钢之间，而后整体置于真空扩散焊炉内的上、下压头之间，在上、下压头与被焊工件之间放置阻焊层，施加预压力0.5～1MPa；
(d)对真空扩散焊炉抽真空，当真空度达到3.0×10^-3～4.0×10^-3Pa时，开始加热；
(e)将温度由室温升至880～920℃，加压4～8MPa，保温30～60min，保温结束后随炉冷却，且保持压力不变。
本发明的有益效果是：采用锡青铜箔材为焊接中间层进行扩散焊，利用锡青铜中Sn元素向焊接界面的偏聚，形成Cu-Sn液相以及此液相对不锈钢晶界的熔蚀作用，形成曲折的焊接界面，提高有效焊接面积，使得接头抗拉强度由现有技术的铜合金母材强度的80～88％提高到93％以上；由于采用商业用锡青铜箔材作为中间层连接材料，避免了现有技术中需要对中间层材料进行专门制备，甚至含有大量贵金属Au的要求，使焊接的整体成本降低30％以上，同时使生产效率提高了1倍。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
附图是本发明铜合金与不锈钢的焊接方法所用装卡结构。
图中，1-上压头，2-铜合金，3-不锈钢，4-下压头，5-阻焊层材料，6-锡青铜箔材。
具体实施方式
以下实施例参照附图。
实施例1：T2铜合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的扩散焊。
取厚度为0.1mm的锡青铜QSn6.5-0.1箔材6作为中间层连接材料。用2000^#SiC砂纸对此QSn6.5-0.1箔材6表面以及T2铜合金2与1Cr18Ni9Ti不锈钢3待焊表面进行打磨。而后将QSn6.5-0.1箔材6、T2铜合金2与1Cr18Ni9Ti不锈钢3浸入丙酮溶液中，超声波清洗5min，冷风吹干。将上述各材料进行装卡：将QSn6.5-0.1箔材6置于T2铜合金2与1Cr18Ni9Ti不锈钢3之间。将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头1与下压头4之间，在上压头1与T2铜合金2、下压头4与1Cr18Ni9Ti不锈钢3之间放置阻焊层5。对被焊工件施加0.5MPa预压力，关闭炉门，抽真空。当真空度达到3.0×10^-3Pa时，开始加热，加热速率为10℃/min，当温度升至920℃时施加8MPa的轴向压力，并保温30min，随炉冷却，冷却过程中施加的轴向压力保持不变。
经测试，接头的抗拉强度为234MPa，达到了被焊T2铜合金抗拉强度(246MPa)的95％。
实施例2：H96铜合金与00Cr19Ni10不锈钢的扩散焊。
取厚度为0.1mm的锡青铜QSn7-0.2箔材6作为中间层连接材料。用2000^#SiC砂纸对此QSn7-0.2箔材6表面以及H96-Cu铜合金2与00Cr19Ni10不锈钢3待焊表面进行打磨。而后将QSn7-0.2箔材6、H96铜合金2与00Cr19Ni10不锈钢3浸入丙酮溶液中，超声波清洗5min，冷风吹干。将上述各材料进行装卡：将QSn7-0.2箔材6置于H96铜合金2与00Cr19Ni10不锈钢3之间。将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头1与下压头4之间，在上压头1与H96铜合金2、下压头4与00Cr19Ni10不锈钢3之间放置阻焊层5。对被焊工件施加0.5MPa预压力，关闭炉门，抽真空。当真空度达到3.0×10^-3Pa时，开始加热，加热速率为10℃/min，当温度升至920℃时施加6MPa的轴向压力，并保温45min，随炉冷却，冷却过程中施加的轴向压力保持不变。
经测试，接头的抗拉强度为248MPa，达到了被焊H96铜合金抗拉强度(267MPa)的93％。
实施例3：QSn4-0.3铜合金与0Cr17Ni12Mo2不锈钢的扩散焊。
取厚度为0.1mm的锡青铜QSn8-0.3箔材6作为中间层连接材料。用2000^#SiC砂纸对此QSn8-0.3箔材6表面以及QSn4-0.3铜合金2与0Cr17Ni12Mo2不锈钢3待焊表面进行打磨。而后将QSn8-0.3箔材6、QSn4-0.3铜合金2与0Cr17Ni12Mo2不锈钢3浸入丙酮溶液中，超声波清洗5min，冷风吹干。将上述各材料进行装卡：将QSn8-0.3箔材6置于QSn4-0.3铜合金2与0Cr17Ni12Mo2不锈钢3之间。将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头1与下压头4之间，在上压头1与QSn4-0.3铜合金2、下压头4与0Cr17Ni12Mo2不锈钢3之间放置阻焊层5。对被焊工件施加0.5MPa预压力，关闭炉门，抽真空。当真空度达到4.0×10^-3Pa时，开始加热，加热速率为10℃/min，当温度升至900℃时施加4MPa的轴向压力，并保温60min，随炉冷却，冷却过程中施加的轴向压力保持不变。
经测试，接头的抗拉强度为322MPa，达到了被焊QSn4-0.3铜合金抗拉强度(341MPa)的94％。
实施例4：TU1铜合金与0Cr13不锈钢的扩散焊。
取厚度为0.1mm的锡青铜QSn10-1箔材作为中间层连接材料6。用2000^#SiC砂纸此QSn10-1箔材6表面以及TU1铜合金2与0Cr13不锈钢3待焊表面进行打磨。而后将QSn10-1箔材6、TU1铜合金2与0Cr13不锈钢3浸入丙酮溶液中，超声波清洗5min，冷风吹干。将上述各材料进行装卡：将QSn10-1箔材6置于TU1铜合金2与0Cr13不锈钢3之间。将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头1与下压头4之间，在上压头1与TU1铜合金2、下压头4与0Cr13不锈钢3之间放置阻焊层5。对被焊工件施加0.5MPa预压力，关闭炉门，抽真空。当真空度达到4.0×10^-3Pa时，开始加热，加热速率为10℃/min，当温度升至880℃时施加4MPa的轴向压力，并保温30min，随炉冷却，冷却过程中施加的轴向压力保持不变。
经测试，接头的抗拉强度为216MPa，达到了被焊TU1铜合金抗拉强度(232MPa)的93％。