一种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，属于金属复合棒材制备技术领域。
技术背景
[0002]由于单一材料在性能上很难满足实际使用中的所有要求，将具有不同性能的材料复合在一起，得到综合使用性能优异的复合材料越来越受到人们的重视。其中，复合棒材充分利用芯材和覆层的最佳性能，不仅具有所要求的高强度、高热导率、高电导率，而且还具有优良的防腐蚀、耐磨损等性能，并可节省贵重金属，降低生产成本。
[0003]钛包铜复合棒材主要是利用覆层金属一一钛的优异的耐蚀性能和芯部金属一一铜的良好的导电性能，可在较强腐蚀工况条件下，作为一种承载大电流的导体。在铜电解生产中，由于覆层金属对铜基体的保护，防止了铜导体的腐蚀，保证了电流密度的均匀性，提高了电解产品的质量等级；同时导体免清洁维护，消除了因铜导体的腐蚀而导致的电解液的污染[见:李新中，钛包铜棒及其在铜电解生产中的应用，湿法冶金，2009 ,28(2):127-128]。在氯碱工业中，钛包铜复合棒是金属阳极的主要部件，成功的代替了石墨阳极，使其寿命提高了 10倍以上，可节能20%以上，并提高了烧碱的纯度[见:魏寿庸，钛金属阳极在氯碱工业中的应用，稀有金属材料与工程，1990，(4): 66]。因钛包铜棒的优异特性，其带来的产品品质的提升、生产工效的提高、能耗的降低和劳动强度的减少等，使其广泛应用于氯碱、电力、电镀、电解、湿法冶金、石油、核工业等领域[见:罗建辉，一种钛铜复合丝制造工艺，中国发明专利，0肌01698206六，2010-04-28]。
[0004]钛包铜复合棒的生产方法主要有拉拔法、挤压+拉拔法、爆炸焊接+乳制法等[见:黄永光，钛-铜复合棒的主要生产方法及其基本特点，钛工业进展，2005，22(2): 21-23]。拉拔复合法是先将铜棒和钛管套在一起，然后通过模具对棒材进行缩径拉拔，实现二者的紧密配合，其特点是工艺简单，但存在的问题是:加工过程中金属处于“两压一拉”的应力状态，导致其单道次变形量较小，复合棒界面结合强度低。挤压法是将两种金属组成的大直径复合坯料加热到一定温度，然后通过模具空间进行挤压，在高压下伴随巨大的变形，钛铜界面产生深度冶金结合，一般会形成较宽的复合波和复合带，复合强度较高，其存在的问题是:产品界面不均匀，技术难度高，管材表面质量较差。爆炸焊接法是先将铜棒装入钛管内，在钛管外均匀的布以炸药，依靠炸药爆炸产生连接金属所需的压力，使两搭接表面实现固相焊接的方法，其特点是成形时产生高温高压，复合棒结合强度高，但存在的问题是:操作环境不友好，危险性高，且炸药量难以控制。
【发明内容】
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[0005]本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其目的是获得冶金结合的钛包铜复合棒材，进一步提高了复合棒的可靠性和导电效率。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]该种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其特征在于:该方法的步骤如下:
[0008]步骤一、前处理。选择尺寸匹配的铜棒(1)和钛管(2)进行除油和酸洗，钛管(2)的内径与铜棒(1)的直径的差值为0.2?2mm，除油采用质量浓度为5 %的NaOH溶液，铜棒(1)的酸洗采用体积浓度为10 %的HC1溶液，钛管(2)的酸洗采用体积浓度为35 %的HN03和体积浓度为3?5 % HF溶液的混合溶液；
[0009]步骤二、包覆钎料。铜棒一端制成锥形或阶梯状结构且长于钛管，以固定钎料并方便后期装配，在铜棒(1)外表面均匀包覆银基钎料层(3)，银基钎料层(3)的厚度为0.02?0.15mm,钎料包覆方法为螺旋状包裹，保证钎料的螺旋边界紧贴，尽量减小螺旋间隙但不能重叠，较小的间隙可以靠钎料的毛细作用填补；
[0010]步骤三、装配组合。将铜棒(1)装入钛管(2)中，在钛管(2)的外表面上套装起束缚作用的石墨或陶瓷包套夹具，包套夹具的内表面和钛管(2)的外表面紧密配合，夹具与钛管的间隙小于1mm;
[0011]步骤四、真空钎焊。将装配好的铜棒(1)和钛管(2)的组合件竖直放入真空炉中进行真空钎焊以防止重力造成的焊缝不均匀，并对包套夹具和伸出包套夹具两端的钛管(2)进行固定支撑，真空钎焊的焊接温度为630?850°C，保温时间为5?30min，真空度小于10—2Pa，钎焊结束后以低于10°C/min的速度缓降温，得到表面平整冶金结合的钛包铜复合棒材。
[0012]步骤五、后续加工。真空钎焊得到的复合棒材无需清洗可直接进行后期的拉拔加工，以得到不同尺寸、结合良好、导电性能优异的钛包铜棒。
[0013]本发明的优点在于:
[0014]1、本发明的成形方法为真空钎焊，一炉可生产多根复合棒材，成形效率高、设备损耗小、工艺简单、成本低，所得到的复合棒材界面为冶金结合，结合强度高、导电性能好。
[0015]2、本发明选用银基钎料的焊接温度较低，避免了铜和钛共晶反应产生脆性相，加热时铜的膨胀系数大于钛，有利于二者界面的贴合，降温时采用缓冷，可防止界面的开裂。
[0016]3、本发明在钎焊时采用石墨或陶瓷的包套夹具限制复合棒的热膨胀，其产生的约束力可令界面贴合更为紧密，使钎料流满整个焊接面，提高了界面贴合率和结合强度。
[0017]4、本发明选用真空状态下进行钎焊，所得的钛包铜复合棒材表面质量良好，无油污和氧化现象，可直接作为成品使用，亦可进行后期拉拔加工以得到不同尺寸长度的产品。
【附图说明】
[0018]图1本发明所述的钛包铜复合棒材横截面示意图
[0019]图2为本发明所述的钛包铜复合棒材的钎焊制备方法的工艺流程图
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0021]实施例1:参见附图1?2所示，采用本发明技术方案制备钛包铜复合棒材的步骤如下:
[0022](1)前处理。铜棒1的规格为Φ20Χ320πιπι，一端头为20mm长的过渡锥形，钛管2的规格为Φ 24 X 1.8mm，长300mm，对铜棒1和钛管2进行除油和酸洗等表面处理，用5 % NaOH溶液进行除油，铜棒1用10 % HC1溶液进行酸洗，钛管2用35 % HN03+3 % HF溶液进行酸洗；
[0023](2)包覆钎料。在处理好的铜棒1外均匀包覆一层BAg72Cu钎料层3，钎料层3厚度为
0.05_，螺旋状包裹，保证钎料的螺旋边界紧贴，尽量减小间隙但不能重叠；
[0024](3)装配组合。将铜棒1装入钛管2中，在钛管2外表面套上陶瓷制成的夹具，夹具与钛管2的间隙为0.2mm;
[0025](4)真空钎焊。将待焊棒材放入真空炉中进行真空钎焊，放置方式为竖置，焊接温度为820°C，保温时间为5min，采用缓降温5°C/min，得到Φ 23.8 X 300mm的钛包铜复合棒材，其界面强度接近铜棒的强度；
[0026](5)后续加工。对复合棒材直接进行后期的拉拔加工，得到不同尺寸、结合良好、导电性能优异的钛包铜棒。
[0027]实施例2:参见附图1?2所示，采用本发明技术方案制备钛包铜复合棒材的步骤如下:
[0028](1)前处理。铜棒1的规格为Φ 40 X 640mm，一端头为40mm长的过渡锥形，钛管2的规格为Φ 48 X 3.5mm，长600mm，对铜棒1和钛管2进行除油和酸洗等表面处理，用5 % NaOH溶液进行除油，铜棒1用10 % HC1溶液进行酸洗，钛管2用35 % HN03+5 % HF溶液进行酸洗；
[0029](2)包覆钎料。在处理好的铜棒1外均匀包覆一层BAg40CuZnCdNi钎料层3，钎料层厚度为0.1_，螺旋状包裹，保证钎料的螺旋边界紧贴，尽量减小间隙但不能重叠；
[0030](3)装配组合。将铜棒1装入钛管2中，在钛管2外圆周套上石墨制成的夹具，夹具与钛管2的间隙为0.5mm;
[0031](4)真空钎焊。将待焊棒材放入真空炉中进行真空钎焊，放置方式为竖置，焊接温度为630°C，保温时间为30min，采用缓降温8°C/min，得到Φ 47.5 X 600mm的钛包铜复合棒材；
[0032](5)后续加工。可对复合棒材直接进行后期的拉拔加工，以得到不同规格长度的钛包铜棒。
【主权项】
1.一种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其特征在于:该方法的步骤如下: 步骤一、选择尺寸匹配的铜棒(1)和钛管(2)进行除油和酸洗，钛管(2)的内径与铜棒(1)的直径的差值为0.2?2mm，除油采用质量浓度为5%的NaOH溶液，铜棒(1)的酸洗采用体积浓度为10 %的HC1溶液，钛管(2)的酸洗采用体积浓度为35 %的HN03和体积浓度为3?5 %HF溶液的混合溶液； 步骤二、在铜棒(1)外表面均匀包覆银基钎料层(3)，银基钎料层(3)的厚度为0.02?0.15mm； 步骤三、将铜棒(1)装入钛管(2)中，在钛管(2)的外表面上套装起束缚作用的石墨或陶瓷包套夹具，包套夹具的内表面和钛管(2)的外表面紧密配合； 步骤四、将装配好的铜棒(1)和钛管(2)的组合件竖直放入真空炉中进行真空钎焊，并对包套夹具和伸出包套夹具两端的钛管(2)进行固定支撑，真空钎焊的焊接温度为630?850°C，保温时间为5?30min，真空度小于10—2Pa，钎焊结束后以低于10°C/min的速度缓降温，得到表面平整冶金结合的钛包铜复合棒材； 步骤五、后续加工，真空钎焊得到的复合棒材无需清洗可直接进行后期的拉拔加工，以得到不同尺寸、结合良好、导电性能优异的钛包铜棒。2.根据权利要求1所述的钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其特征在于:银基钎料层(3)的包覆方法为螺旋状包裹，使银基钎料层(3)的螺旋边界紧贴但不重叠。3.根据权利要求1所述的钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其特征在于:钛管(2)外表面与包套夹具的内表面之间的间隙小于1_。4.根据权利要求1所述的钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，其特征在于:银基钎料层(3)采用BAg72Cu钎料或BAg40CuZnCdNi钎料制成。
【专利摘要】本发明是一种钛包铜复合棒材的钎焊制备方法，该方法的步骤为：(1)选择尺寸匹配的铜棒和钛管进行除油和酸洗；(2)在铜棒外均匀包覆一层银基钎料，将铜棒装入钛管中，在钛管外套上石墨或陶瓷的包套夹具；(3)将(2)中组合好的复合棒放入真空炉中进行真空钎焊，得到钛包铜复合棒材。制成的钛包铜棒表面质量好、无氧化、无油污、界面为冶金结合、强度高、导电性能好，可直接作为产品使用，亦可进行拉拔加工得到不同规格的产品。
【IPC分类】B23K1/20, B23K1/19, B23K1/008, B23K103/18, B23K1/00
【公开号】CN105458431
【申请号】CN201510882141
【发明人】邹文江, 陈波, 程耀永, 熊华平
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月3日