一种铂铱锆钨钍合金焊料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种铂铱锆钨钍合金焊料，由以下质量百分比的成分组成：Ir 15％～18％，Zr 0.5％～1％，W 0.1％～0.5％，Th 0.04％～0.08％，余量为Pt和不可避免的杂质。本发明还提供了一种制备该焊料的方法，包括以下步骤：一、采用湿法球磨的方法将Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉混合均匀，烘干得到混合粉末；二、进行等静压成型，得到压制坯料；三、进行真空烧结处理，得到烧结坯料；四、加热后进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料。本发明焊料以铂为主体，添加铱和锆、钨和钍元素，主要用于焊接铱合金元器件，能够大幅提高焊缝的力学性能，在酸性、碱性、氧化和高温条件下的使用周期长。
【专利说明】
一种铂铱锆钨钍合金焊料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于耐高温合金焊料技术领域，具体涉及一种铂铱锆钨钍合金焊料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铱合金因具有抗氧化、耐腐蚀、高温强度好等优良特性，在先进发动机、空间环境用热电电池、超音速风洞喷嘴和高温测温保护套等方面获得广泛应用。铱虽属面心立方结构的铂族金属，但却表现出与体心立方结构金属相似的脆性断裂，加工困难，复杂铱合金件需要焊接连接，而目前，在1000?1800°c高温下，需要耐酸碱腐蚀和高温氧化，同时焊缝和铱合金强度相近的合金焊料尚处于空白。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铂铱锆钨钍合金焊料。该焊料以铂为主体，添加铱和微量的锆、钨和钍元素，主要用于焊接铱合金元器件，能够大幅提高合金焊料的焊缝高温力学性能，在酸性、碱性或氧化环境，温度为1000?1800°C的高温条件下可长时间使用，如作为热源密封件的焊接，在1300°C环境条件下的使用周期可长达14年。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 15%?18%，Zr0.5%?1%，W 0.1%?0.5%，Th 0.04%?0.08%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0005]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir16%,Zr 0.5%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0006]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir16%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0007]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir16%,Zr 0.8%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0008]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir15%,Zr 0.8%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0009]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir17%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0010]上述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir18%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0011]另外，本发明还提供了一种制备上述铂铱锆钨钍合金焊料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0012]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末;所述WTh4粉中Th的质量百分含量为4%，余量为W和不可避免的杂质；
[0013]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为180MPa?200MPa，压制时间为Imin?5min;
[0014]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为80°C?120°C，保温时间为0.5h?lh，第二阶段真空烧结的温度为750°C?850°C，保温时间为Ih?3h，第三阶段真空烧结的温度为1400°C?1500°C，保温时间为Ih?3h，第四阶段真空烧结的温度为1680°C?17700C，保温时间为Ih?3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90% ;
[0015]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1250°C?1350°C的条件下保温20min?40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料;所述加工的方式为锻造、乳制和拉拔中的任意一种或几种，所述加工的道次变形量为10%?20%，相邻两道次加工之间均对烧结坯料进行中间热处理，所述中间热处理的温度为1250 0C?1350 0C，保温时间为20min?40min。
[0016]上述的方法，其特征在于，步骤一中所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌1h?15h后沉降20h?28h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为650°C，还原时间为Ih?3h，第二次还原处理的温度为810 °C，还原时间为I h?3h，随炉冷却后得到WTh4粉。
[0017]上述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的15?30倍，所述湿法球磨的速率为2000r/min?4000r/min，所述湿法球磨的时间为8h?24h。
[0018]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0019]1、本发明合金焊料以铂为主体，添加铱和微量的锆、钨和钍元素，主要用于焊接铱合金元器件，能够大幅提高合金焊料的焊缝高温力学性能，在酸性、碱性或氧化环境，温度为1000?1800°C的高温条件下可长时间使用。如作为热源密封件的焊接，在1300 °C环境条件下的使用周期可长达14年。
[0020]2、本发明采用粉末冶金法按配比配料、成形、真空一次高温烧结，得到高密度的铱合金粉末冶金坯料，经过高温锻造、乳制或拉拔成板材或丝材。焊料成分主要为贵金属，一般投料少，同时焊料中添加有微量元素，熔炼法难于制备均匀成分热加工小坯件，采用铱合金粉末冶金法可以制备成分均匀的热加工小坯件。本发明选择湿法高能球磨法制取均匀超细高能粉末，分段升温，一次烧结的方法，制备出相对密度大于90%的铂铱合金坯件，在进行所制备的铱合金坯中，形成了少量锆、钨和PPM级含量钍氧化物均匀增强相，同时解决了微量钍的均匀分布问题。满足了铂铱合金焊料后续热加工对坯料密度的要求，相对密度达到90 %以上，完全满足热挤压、热锻造、热乳等后续加工的需要。
[0021]3、本发明合金焊料能够用于复杂的含铱合金件的焊接连接，在1000?1800°C高温条件下，耐酸碱腐蚀和高温氧化，同时焊缝和铱合金强度相近，应用前景广泛。
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir16% ,Zr0.5%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0025]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0026]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0027]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌12h后沉降24h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为2h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为2h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0028]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的20倍，所述湿法球磨的速率为3000r/min，所述湿法球磨的时间为20h;
[0029]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为190MPa，压制时间为3min;
[0030]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为100°C，保温时间为0.5h，第二阶段真空烧结的温度为750 °C?850 °C，保温时间为2h，第三阶段真空烧结的温度为1450°C，保温时间为2h，第四阶段真空烧结的温度为1770°C，保温时间为2h;所述烧结坯料的相对密度不小于90%;
[0031]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1280°C的条件下保温30min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0032]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为板状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为12mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为3mm，换成精乳机继续乳制到所需厚度，得到厚度为Imm的铂铱锆钨钍合金焊料板材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1300°C的条件下保温15m i η。
[0033]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0034]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 1X Imm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率<1.0 X 10—lt3Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为61MPa。
[0035]实施例2
[0036]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir16% ,Zr0.6%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0037]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0038]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0039]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌13h后沉降25h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为1.5h，第二次还原处理的温度为810 °C，还原时间为2.5h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt %，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0040]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的18倍，所述湿法球磨的速率为2500r/min，所述湿法球磨的时间为18h;
[0041]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为185MPa，压制时间为2min;
[0042]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为100°C，保温时间为0.6h，第二阶段真空烧结的温度为7500C?850 V，保温时间为2h，第三阶段真空烧结的温度为1460°C，保温时间为2h，第四阶段真空烧结的温度为1770°C，保温时间为2h;所述烧结坯料的相对密度不小于90%;
[0043]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1350°C的条件下保温40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0044]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为板状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为1mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为3mm，换成精乳机继续乳制到所需厚度，得到厚度为Imm的铂铱锆钨钍合金焊料板材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1350°C的条件下保温I Om i η。
[0045]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0046]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 1X Imm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率<1.0 X 10—lt3Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为59MPa。
[0047]实施例3
[0048]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir16% ,Zr0.8%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0049]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0050]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0051]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌12h后沉降22h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为2h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为2h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0052]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的22倍，所述湿法球磨的速率为2200r/min，所述湿法球磨的时间为22h;
[0053]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为190MPa，压制时间为2min;
[0054]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为90°C，保温时间为lh，第二阶段真空烧结的温度为800°C，保温时间为1.5h，第三阶段真空烧结的温度为1450°C，保温时间为1.5h，第四阶段真空烧结的温度为1700°C，保温时间为2h;所述烧结坯料的相对密度不小于90% ；
[0055]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为13O O °C的条件下保温30min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0056]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为板状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为1mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为3mm，换成精乳机继续乳制到所需厚度，得到厚度为0.8mm的铂铱锆钨钍合金焊料板材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温18m i η。
[0057]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0058]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 10 X0.8mm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率<1.0X 10—lt3Pa.m3/s，焊缝抗拉强度60MPa。
[0059]实施例4
[0060]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir15% ,Zr0.8%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0061 ]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0062]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0063]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌15h后沉降28h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为3h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为3h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0064]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的30倍，所述湿法球磨的速率为4000r/min，所述湿法球磨的时间为8h;
[0065]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为180MPa，压制时间为5min;
[0066]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为120°C，保温时间为lh，第二阶段真空烧结的温度为850°C，保温时间为lh，第三阶段真空烧结的温度为1500°C，保温时间为3h，第四阶段真空烧结的温度为1770°C，保温时间为3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90% ；
[0067]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0068]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为板状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为1mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为3mm，换成精乳机继续乳制到所需厚度，得到厚度为1.5mm的铂铱锆钨钍合金焊料板材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1350°C的条件下保温I Om i η。
[0069]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0070]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 10 X 1.5mm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率< 1.0 X 1-10Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为58MPa。
[0071]实施例5
[0072]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir17% ,Zr0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0073 ]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0074]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0075]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌1h后沉降20h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为Ih，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为Ih，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0076]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的15倍，所述湿法球磨的速率为2000r/min，所述湿法球磨的时间为24h;
[0077]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为200MPa，压制时间为Imin;
[0078]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为80°C，保温时间为0.5h，第二阶段真空烧结的温度为750°C，保温时间为3h，第三阶段真空烧结的温度为1400°C，保温时间为lh，第四阶段真空烧结的温度为1770°C，保温时间为3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90% ；
[0079]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1350°C的条件下保温20min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0080]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为板状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为1mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为3mm，换成精乳机继续乳制到所需厚度，得到厚度为Imm的铂铱锆钨钍合金焊料板材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温20m i η。
[0081]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0082]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 1X Imm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率<1.0 X 10—lt3Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为60MPa。
[0083]实施例6
[0084]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir18% ,Zr0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0085]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0086]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0087]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌15h后沉降28h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为3h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为3h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0088]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的30倍，所述湿法球磨的速率为2000r/min，所述湿法球磨的时间为24h;
[0089]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为180MPa，压制时间为5min;
[0090]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为120°C，保温时间为0.5h，第二阶段真空烧结的温度为750 °C，保温时间为3h，第三阶段真空烧结的温度为1500°C，保温时间为3h，第四阶段真空烧结的温度为1680°C，保温时间为3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90%;
[0091]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0092]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为丝状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到?20mm，压扁成厚度为10?12mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20 %的道次加工变形量开坯乳制，后续以10%的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为1_，换成拉拔机拉拔到所需规格，得到规格为0.5mm的铀铱错妈铣合金焊料丝材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温20m i η。
[0093]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用方法为:根据连接件的结构和尺寸，以及焊接部位的结构、尺寸和焊接面积，借助卡具，采用焊接部位的局部或整体加热到1820°C的熔化温度以上熔焊或钎焊。
[0094]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 10 Χ0.5mm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率< 1.0 X 1-10Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为57MPa。
[0095]实施例7
[0096]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料由以下质量百分比的成分组成:Ir15%,Zr 1%,W0.5%,Th 0.08%，余量为Pt和不可避免的杂质。
[0097]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的制备方法包括以下步骤:
[0098]步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Ir粉(粒度不大于74μπι，质量纯度不小于99.9%)、Zr粉(粒度不大于74μm，质量纯度不小于93% )、W粉(粒度不大于37μπι，质量纯度不小于99.9% )和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末；
[0099]所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μπι的WO2.9粉浸入饱和硝酸钍溶液中，搅拌15h后沉降25h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为6500C，还原时间为3h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为3h，随炉冷却后得到WTh4粉，检测该产物的氧含量、Th含量和粒度，其氧含量小于0.08wt%，平均粒度小于2μπι，Th的质量百分含量为4% ；
[0100]所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的20倍，所述湿法球磨的速率为2800r/min，所述湿法球磨的时间为20h;
[0101]步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为190MPa，压制时间为3min;
[0102]步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为120°C，保温时间为
0.5h，第二阶段真空烧结的温度为750 °C，保温时间为3h，第三阶段真空烧结的温度为1500°C，保温时间为3h，第四阶段真空烧结的温度为1680°C，保温时间为3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90%;
[0103]步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1250°C的条件下保温40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铂铱锆钨钍合金焊料；
[0104]本实施例制备的铂铱锆钨钍合金焊料为丝状结构，具体加工过程为:首先，将烧结坯料以20 %的道次加工变形量进行开坯锻造，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间锻造，直至锻造到Φ20πιπι，压扁成厚度为12mm的饼材;然后，采用真空大乳机将所述饼材以20%的道次加工变形量开坯乳制，后续以10 %的道次锻造加工率进行多道次中间乳制，直至厚度为2mm，换成拉拔机拉拔到所需规格，得到规格为0.5mm的铂铱锆钨钍合金焊料丝材;相邻两道次加工间需进行热处理，即:将烧结坯料或饼材在氢气气氛，温度为1300°C的条件下保温20min。
[0105]本实施例铂铱锆钨钍合金焊料的使用效果:以铱合金包壳和铱多孔元件的密封焊接为例，采用整体加热钎焊的方法，将焊料按需要焊接的包壳尺寸结构和要求加工成Φ 14X Φ 10 X0.5mm环形焊料，与铱合金包壳和铱多孔元件组合，放入氢气高温加热炉中，以20°C/分钟的升温速度，加热到1840°C后保温lOmin，断电随炉冷却，钎焊焊接后的焊接效果优良，达到要求的焊接效果，测试其焊缝漏率< 1.0 X 1-10Pa.m3/s，焊缝抗拉强度为56MPa。
[0106]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 15%?18%,Zr 0.5%?1%，W 0.1%?0.5%，Th 0.04%?0.08%，余量为Pt和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 16%,Zr 0.5%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 16%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 16%,Zr 0.8%,W 0.1%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。5.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 15%,Zr 0.8%,W 0.2%,Th 0.06%，余量为Pt和不可避免的杂质。6.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 17%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。7.根据权利要求1所述的一种铂铱锆钨钍合金焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Ir 18%,Zr 0.6%,W 0.1%,Th 0.04%，余量为Pt和不可避免的杂质。8.—种制备如权利要求1至7中任一权利要求所述铂铱锆钨钍合金焊料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、采用湿法球磨的方法将Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉混合均匀，然后置于真空烘箱中烘干，得到混合粉末;所述WTh4粉中Th的质量百分含量为4%，余量为W和不可避免的杂质； 步骤二、对步骤一中所述混合粉末进行等静压成型，得到压制坯料;所述等静压成型的压制力为180MPa?200MPa，压制时间为Imin?5min; 步骤三、对步骤二中所述压制坯料进行真空烧结处理，得到烧结坯料;所述真空烧结处理采用四阶段真空烧结工艺，其中第一阶段真空烧结的温度为80°C?120°C，保温时间为0.5h?Ih，第二阶段真空烧结的温度为7500C?850°C，保温时间为Ih?3h，第三阶段真空烧结的温度为1400 °C?1500°C，保温时间为Ih?3h，第四阶段真空烧结的温度为1680°C?17700C，保温时间为Ih?3h;所述烧结坯料的相对密度不小于90% ; 步骤四、将步骤三中所述烧结坯料在氢气气氛，温度为1250°C?1350°C的条件下保温20min?40min，然后在大气条件下进行多道次加工，得到铀铱错妈铣合金焊料;所述加工的方式为锻造、乳制和拉拔中的任意一种或几种，所述加工的道次变形量为10%?20%，相邻两道次加工之间均对烧结坯料进行中间热处理，所述中间热处理的温度为1250 0C?13500C，保温时间为20min?40min。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤一中所述WTh4粉采用液固掺杂法制备而成，具体制备过程为:将平均粒度不大于3μηι的WO2.9粉浸入饱和硝酸铣溶液中，搅拌1h?15h后沉降20h?28h，固液分离后烘干，得到钨钍掺杂体，然后将钨钍掺杂体置于管式氢气炉中进行两次还原处理，其中第一次还原处理的温度为650°C，还原时间为Ih?3h，第二次还原处理的温度为810°C，还原时间为Ih?3h，随炉冷却后得到WTh4粉。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨过程中采用的分散剂为去离子水，所述去离子水的加入量为Pt粉、Ir粉、Zr粉、W粉和WTh4粉总质量的15?30倍，所述湿法球磨的速率为2000r/min?4000r/min，所述湿法球磨的时间为8h?24h。
【文档编号】C22C5/04GK105886826SQ201610250212
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】李增峰, 刘海彦, 葛渊, 汤慧萍, 向长淑, 张晗亮, 荆鹏, 石英, 谈萍, 黄愿平, 李红宝, 文佳艺
【申请人】西北有色金属研究院