.将钨块与铜锭依次放入石墨熔敷模具中，钨块将要与铜连接的表面水平朝上， 铜锭在钨块的上部，盖上石墨盖子，并用氧化铝粉埋住石墨熔敷模具。
[0087] 4.将氢气氛推舟炉（总长1800mm，高温区长500mm)高温区升至1170°C。将步骤 3中准备好的石墨熔敷模具，推入推舟炉。推舟速度为4mm/min，氢气露点为-40°C，氢气流 量为0. 6m3/h，出炉获得敷铜钨块。
[0088] 5.将步骤4得到的敷铜钨块放入热压炉中的石墨热压模具中，并将石墨热压模 具装入热压炉，上下压头压紧，热压炉通氢气，将炉温升到700°C后，一边升温一边加压至 3MPa，到达1030°C后，保温保压lOmin。炉冷至200°C以下时取出，得到钨铜连接体。
[0089] 6.按照设计图纸，用铣床将钨铜连接体表面覆盖的多余的铜铣去，并将焊接面的 铜铣到剩余17mm厚度，再用磨床磨至15_，得到实施例3的鹤铜模块。
[0090] 对比例1
[0091] 将实施例3步骤4出炉获得敷铜钨块，不经过热压步骤，直接按照设计图纸，用铣 床将钨铜连接体表面覆盖的多余的铜铣去，并将焊接面的铜铣到剩余17mm厚度，再用磨床 磨至15mm，得到对比例1的钨铜模块。
[0092] 对实施例3和对比例1的钨铜模块进行了剪切强度测试。将实施例3和对比例1 的的钨铜模块加工成试样条（20 X 5 X 4_，其中钨所占的尺寸为5 X 5 X 4_，其余为结合处 和铜），将试样条表面粗糙度打磨至Ra < 3. 2 μ m。如图8所示，将试样条置于剪切模具里， 钨铜结合界面正好与夹缝对齐，在尺寸为20X4mm的面上加压，加载的力全部作用在钨的 一端，剪切速度为〇. 5mm/min。剪切强度数据示于表1。
[0093] 设备：万能拉伸试验机；厂家：长春科新实验仪器有限公司；型号：WDW-100。
[0094] 表 1
[0095]
【主权项】
1. 一种将铜焊接至钨表面的方法，其包括以下步骤： a) 将钨表面将要与铜连接的部分加工至的粗糙度Ra为3?8 μπι ; b) 将铜熔敷于钨表面，获得敷铜钨； c) 热压所述敷铜钨。
2. 权利要求1的焊接方法，其中步骤b)的熔敷在加热炉中进行； 优选将钨和铜放入熔敷模具中（优选石墨熔敷模具，例如带有盖子的石墨熔敷模具 (1))，铜置于钨上面，保证铜熔融后能够完全覆盖钨表面将要与铜连接的部分（例如将钨 表面将要与铜连接的部分水平朝上放置或竖直放置），再将熔敷模具放入加热炉； 优选地，加热炉加热的温度为1100?1180°C ; 优选地，加热炉中气氛为非氧化气氛（例如真空、氮气氛）、还原性气氛（例如氢气或分 解氨）或惰性气体氛围（例如氦气、氩气），进一步优选为氢气氛围）； 进一步优选用氧化铝粉将装有铜和钨的熔敷模具埋住，放入加热炉； 优选地，所述加热炉为推舟炉，优选将熔敷模具以2. 5?5mm/分钟的速度推入推舟 炉； 优选地，所述推舟炉总长为1500?2000mm(例如1800mm)，高温区长度为400? 600mm(例如 500mm); 优选地，所述推舟炉高温区的温度为1100?1180°c。
3. 权利要求1或2的焊接方法，步骤c)中热压的温度为900 °C?1050 °C、压强为 IMpa?5Mpa (例如2?4Mpa或2?3Mpa)，保温保压时间优选为8?12分钟（例如10分 钟），优选热压在非氧化气氛（例如真空、氮气氛）、还原性气氛（例如氢气或分解氨）或惰 性气体氛围（例如氦气、氩气），进一步优选为氢气氛围）中进行。
4. 权利要求1-3任一项的焊接方法，步骤c)中的热压是将敷铜钨放入形状、尺寸与之 匹配的热压模具中进行热压，优选为石墨热压模具（6)。
5. 权利要求4的焊接方法，其中所述的热压模具（6)具有2个以上型腔（7)，优选2? 10个（例如5个或8个）型腔（7)，所述的型腔（7)尺寸与步骤（b)中获得的敷铜钨的形 状、尺寸相匹配； 优选地，所述型腔（7)在所述热压模具￠)中均匀地分布； 优选地，所述热压模具还具有2个以上型芯，优选2?10个（例如5个或8个）型芯， 所述型芯的形状尺寸与所述型腔相适配； 优选地，所述热压模具由石墨制成。
6. 权利要求1-5任一项的焊接方法，步骤b)中，在熔敷前，还包括清洗的步骤，优选去 除铜和钨表面的氧化皮和油污； 优选的清洗方法是用5wt%?IOwt%的盐酸浸泡20?40秒，自来水冲刷30?60秒， 金属清洗液浸泡50?90秒，去离子水浸泡1?3分钟； 优选在清洗铜之前，打磨铜表面； 优选的金属清洗液中含有H2S04、K2Cr20 7以及去离子水，其中H2SO4的浓度优选为每升金 属清洗液含有80?120ml 98wt % H2SO4 (例如每升金属清洗液含有90ml、IOOml或IlOml的 98wt% H2SO4) ,K2Cr2O7的浓度优选为每升金属清洗液含有40?60g K 2Cr207(例如每升金属 清洗液含有 45g、50g 或 55g K2Cr2O7)。
7. -种钨铜模块的制备方法，该方法采用权利要求1-6任一项的焊接方法将铜焊接至 钨块表面， 优选地，该方法具体包括以下步骤： i) 加工钨块至所需形状、尺寸； ii) 采用权利要求1-6任一项的焊接方法将铜焊接至钨块表面，得到钨铜连接体，其中 熔敷时铜的用量优选在熔融后能够完全淹没钨表面将要与铜连接的部分，更优选熔敷时铜 的用量大于所制备的钨铜模块中铜的含量； iii) 加工步骤ii)中得到的钨铜连接体至所需形状、尺寸，获得所需钨铜模块。
8. 权利要求7的制备方法，其中所述的钨铜模块是用于聚变装置偏滤器（例如托卡马 克聚变装置中的偏滤器）的钨铜模块（4)，优选的钨铜模块（4)上设置有通孔，通孔内焊接 有铜管（5)。
9. 一种用于聚变装置偏滤器的钨铜模块（4)的制备方法，所述的钨铜模块（4)上设置 有通孔，通孔内焊接有铜管（5)，该方法包括以下步骤： i) 将钨块加工至所需形状、尺寸，将钨块上的通孔内壁加工至粗糙度Ra为3?8 μπι， 并清洗干净；准备铜锭，打磨外表面，并清洗干净； ii) 将钨块的通孔垂直于水平面放置于石墨熔敷模具（1)中，铜锭置于钨块上，盖上石 墨盖，用氧化铝粉埋住石墨熔敷模具（1)，优选氧化铝粉体层厚度最薄处不小于3_，其中 铜锭的用量优选在熔融后能够完全淹没钨表面将要与铜连接的部分，更优选铜锭的用量大 于所制备的钨铜模块中铜的含量； iii) 将推舟炉温高温区升至ll〇〇°C?1180°C，步骤ii)中准备好的石墨熔敷模具（1) 推入推舟炉，推舟速度优选为2. 5?5mm/min，推舟炉中的气氛优选为氢气氛（优选的氢气 露点为_80°C?-20°C，优选的氢气流量为0. 4?0. 6m3/h)，得到敷铜钨块； iv) 将步骤iii)得到的敷铜钨块放入石墨热压模具（6)的型腔（7)中，放入热压炉， 通氢气，将炉温升至900°C?1050°C，加压至IMPa?5MPa，保温保压8?12分钟（例如10 分钟），炉冷至200°C以下时取出，得到钨铜连接体，所述的型腔（7)尺寸与步骤iii)中获 得的敷铜钨块的形状、尺寸相匹配； V)加工步骤iv)中得到的钨铜连接体，去除钨块通孔中多余的铜，获得通孔内焊接有 铜管（5)的钨铜模块（4)，优选的加工方式选自铣、车、磨、镗或其组合； 优选地，鹤块和铜锭的清洗方法为：用5wt%?IOwt%的盐酸浸泡20?40秒，自来水 冲刷30?60秒，金属清洗液浸泡50?90秒，去离子水浸泡1?3分钟。
10. -种金属清洗液，含有H 2S04、K2Cr2O7以及去离子水，其中H 2S04的浓度优选为每升 金属清洗液含有80?120ml 98wt % H2SO4 (例如每升金属清洗液含有90ml、IOOml或IlOml 的98wt % H2SO4)，K2Cr2O7的浓度优选为每升金属清洗液含有40?60g K 2Cr207 (例如每升金 属清洗液含有45g、50g或55g K2Cr2O7)。
11. 一种热压模具（6)，具有2个以上，优选2?10个（例如5个或8个）型腔（7)，所 述的型腔（7)尺寸与热压对象的形状、尺寸相匹配，所述型腔（7)优选在所述热压模具（6) 中均匀分布； 优选地，所述热压模具（6)还具有2个以上型芯，优选2?10个（例如5个或8个） 型芯，所述型芯的形状尺寸与所述型腔相适配； 优选地，所述热压模具（6)由石墨制成； 优选地，所述的热压模具（6)用于制备聚变装置偏滤器的钨铜模块（4)。
【专利摘要】本发明涉及一种钨铜焊接方法，该方法使用熔敷和热压相结合的工艺，将铜焊接至钨表面。焊接铜的钨块经进一步加工，还能够获得各种形状、尺寸的钨铜模块，例如用于托卡马克聚变装置偏滤器的钨铜模块。
【IPC分类】B22D19-16, G21B1-13, C23G1-10, B21D37-10
【公开号】CN104588620
【申请号】CN201410830058
【发明人】杨义兵, 苏国军, 钟铭, 刘俊海, 韩蕊蕊
【申请人】天龙钨钼（天津）有限公司, 北京天龙钨钼科技股份有限公司, 宝鸡京龙钨钼科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月26日