一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法与流程

1.本发明属于双金属制备技术领域，具体涉及一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法。


背景技术：

2.异种材料的连接，可最大程度发挥材料各自的性能，是当前材料连接领域的前沿和热点之一，在电子、机械、航天航空、智能制造、核设施等工业生产制造中得到广泛的应用。近年来，异种金属连接的研究主要包括钛/钢、铝/铜、镁/铝、铝/铁等，在铜/钛双金属方面，对纯铜纯钛金属连接的研究较多，但对铜合金/钛合金连接的研究较少。异质金属的结合方式有机械装配和冶金结合等，铜/钛双金属常用的冶金结合连接方法主要有熔钎焊、固相焊及添加过渡层。为了完全抑制ti
x
cu
y
金属间化合物的形成，物理隔绝ti和cu的相互扩散是理想的办法，因此添加高熔点并与ti和cu无金属间化合物形成的过渡层是铜/钛异种金属连接的发展趋势。然而，目前铜合金/钛合金异种金属连接中添加的过渡层均没有有效地抑制原子扩散，仍然有相当数量的层片状金属间化合物产生，连接强度普遍较低。因此，需要提出一种新的中间过渡层并通过改进工艺来制备铜合金/钛合金双金属材料，改善其界面组织结构，使其实现轻质化、高强度，应用于航空航天、军工装备等高端领域中。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法，解决了目前铜合金/钛合金双金属结合强度低、界面连接处易出现裂纹的缺点。
4.本发明所采用的技术方案是，一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法，具体按以下步骤实施：
5.步骤1，将铝青铜、钛合金加工为圆柱体，中间过渡层银基合金箔材备用；
6.步骤2，将铝青铜、钛合金和中间过渡层银基合金箔材进行预处理；
7.步骤3，将经步骤2预处理后的钛合金、中间过渡层银基合金箔材和铝青铜依次放置于热压模具中，将热压模具置入真空热压烧结炉中进行真空区域微熔界面连接，得到铝青铜/钛合金双金属试样。
8.本发明的特点还在于：
9.其中步骤1中加工的铝青铜圆柱体和钛合金圆柱体的外径均为20mm，高度为20mm，中间过渡层银基合金箔材的直径尺寸为20mm；
10.其中步骤2中将铝青铜、钛合金进行表面打磨，打磨后将铝青铜、钛合金和中间过渡层银基合金箔材进行酸洗，酸洗后进行清洗；
11.其中步骤2中酸洗的具体过程为将铝青铜、钛合金和中间过渡层银基合金箔材浸泡在10％的硝酸酒精溶液中进行酸洗，清洗过程采用酒精进行清洗；
12.其中步骤3中真空区域微熔界面连接过程具体为：首先将真空热压烧结炉炉内真空度调至6.67
×
10
‑3pa～6.67
×
10
‑2pa，然后加热，烧结时间为50～60min，加热至790～910
℃后保温30～60min，最后随炉冷却，得到铝青铜/钛合金双金属；
13.其中保温和冷却过程中分别给炉内施加1～10mpa的压力或只在保温过程中给炉内施加1～10mpa的压力。
14.本发明的有益效果是：
15.本发明一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法，为铜合金/钛合金材料体系的连接提供了一种新的中间过渡层—银基合金箔材的选择思路，该特定成分的中间过渡层银基合金箔材，有助于铜合金和钛合金的界面连接，改善了界面组织结构，使得界面良好结合，镉还可以改善流动性。同时，在比较高的温度下，使得铜合金软化，发生区域微熔，与钛合金在压力作用下高温扩散结合，施加压力的时机与时长不同有效抑制了裂纹的产生。形成的双金属除了具有铜合金和钛合金各自的优越性能外，还具备良好的界面结合，其界面剪切强度最高可达159mpa。
附图说明
16.图1是本发明一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法的实施案例3中铝青铜/钛合金双金属界面形貌图；
17.图2是本发明一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法的实施案例4中铝青铜/钛合金双金属界面形貌图；
18.图3是本发明一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法中铝青铜/钛合金双金属的剪切强度曲线示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
20.本发明提供了一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法，具体按照如下步骤进行：
21.步骤1，将铝青铜和钛合金加工为圆柱体，准备中间过渡层银基合金箔材；圆柱体的铝青铜和钛合金的外径尺寸均为20mm，高度为20mm，中间过渡层银基合金箔材的直径尺寸为20mm，与母材合金保持同径；
22.步骤2，对铝青铜和钛合金进行预处理，即将其表面打磨，并与中间过渡层一起进行酸洗，所述酸洗具体过程为：将铝青铜、钛合金和中间过渡层浸泡在10％的硝酸酒精溶液中进行酸洗，随后采用酒精进行清洗，清洗后得到预处理后的铝青铜、钛合金和中间过渡层；
23.步骤3，将步骤2中得到的预处理后的钛合金、中间过渡层、铝青铜依次放置于热压模具中，将热压模具置入真空热压烧结炉中进行真空区域微熔界面连接，得到铝青铜/钛合金双金属试样；
24.真空区域微熔界面连接过程具体为：使真空热压烧结炉的真空度达到6.67
×
10
‑3pa～6.67
×
10
‑2pa后开始加热，烧结时间为50～60min，加热温度到790～910℃后保温30～60min，分别在保温与降温过程中和只在保温过程中给其施加1～10mpa的压力，即两种加压方式，加压方式一：分别在保温与降温过程中加压；加压方式二：只在保温过程中加压；随炉冷却后得到铝青铜/钛合金双金属。
25.实施例1
26.制备铝青铜/钛合金双金属，将牌号为qal10
‑4‑
4的铝青铜(以下简称为qal10
‑4‑
4)和tc6钛合金加工为φ20mm
×
20mm圆柱体，准备φ20mm的中间过渡层银基合金箔材1；将qal10
‑4‑
4和tc6的表面打磨后，和银基合金箔材1一起浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
27.将预处理后的tc6、银基合金箔材1和qal10
‑4‑
4依次配合好一并放置于热压模具中，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当真空热压烧结炉内真空度达到7.60
×
10
‑3pa后开始加热，烧结51min，加热温度到790℃后保温30min，只在保温过程中对热压模具施加压力5mpa，待铝青铜/钛合金完成真空区域微熔界面连接后停止加压加热，使其随炉冷却，得到铝青铜/钛合金双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度为71mpa。
28.实施例2
29.制备铝青铜/钛合金双金属，将qal10
‑4‑
4和tc6加工为φ20mm
×
20mm圆柱体，准备φ20mm的中间过渡层银基合金箔材1；将qal10
‑4‑
4和tc6的表面打磨后，和银基合金箔材1一起浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
30.将预处理后的tc6、银基合金箔材1和qal10
‑4‑
4依次配合好一并放置于热压模具中，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当真空热压烧结炉内真空度达到6.60
×
10
‑3pa后开始加热，烧结53min，加热温度到820℃后保温30min，只在保温过程中对热压模具施加压力5mpa，待铝青铜/钛合金完成真空区域微熔界面连接后停止加压加热，使其随炉冷却，得到铝青铜/钛合金双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度为94mpa。
31.实施例3
32.制备铝青铜/钛合金双金属，将qal10
‑4‑
4和tc6加工为φ20mm
×
20mm圆柱体，准备φ20mm的中间过渡层银基合金箔材1；将qal10
‑4‑
4和tc6的表面打磨后，和银基合金箔材1一起浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
33.将预处理后的tc6、银基合金箔材1和qal10
‑4‑
4依次配合好一并放置于热压模具中，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当真空热压烧结炉内真空度达到6.70
×
10
‑3pa后开始加热，烧结55min，加热温度到850℃后保温30min，只在保温过程中对热压模具施加压力5mpa，待铝青铜/钛合金完成真空区域微熔界面连接后停止加压加热，使其随炉冷却，得到铝青铜/钛合金双金属。通过对金相试样进行组织观察可知其界面虽然出现了过渡层，但裂纹较大较多，结合不良，如图1所示；经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度为26mpa。
34.实施案例4
35.制备铝青铜/钛合金双金属，将qal10
‑4‑
4和tc6加工为φ20mm
×
20mm圆柱体，准备φ20mm的中间过渡层银基合金箔材1；将qal10
‑4‑
4和tc6的表面打磨后，和银基合金箔材1一起浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
36.将预处理后的tc6、银基合金箔材1和qal10
‑4‑
4依次配合好一并放置于热压模具中，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当真空热压烧结炉内真空度达到6.90
×
10
‑3pa后开始加热，烧结55min，加热温度到850℃后保温30min，同时施加压力5mpa，加热与保温过程结束后使其随炉冷却，在降温
过程中继续对热压模具施加压力5mpa，得到铝青铜/钛合金双金属，通过对金相试样进行组织观察可知，其界面结合良好，无裂纹出现，连接强度较高，如图2所示。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达159mpa。
37.实施案例5
38.制备铝青铜/钛合金双金属，将qal10
‑4‑
4和tc6加工为φ20mm
×
20mm圆柱体，准备φ20mm的中间过渡层银基合金箔材2；将qal10
‑4‑
4和tc6的表面打磨后，和银基合金箔材2一起浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
39.将预处理后的tc6、银基合金箔材2和qal10
‑4‑
4依次配合好一并放置于热压模具中，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当真空热压烧结炉内真空度达到7.10
×
10
‑3pa后开始加热，烧结55min，加热温度到790℃后保温30min，同时施加压力5mpa，加热与保温过程结束后使其随炉冷却，在降温过程中继续对热压模具施加压力5mpa，得到铝青铜/钛合金双金属；经力学性能检测，其界面剪切强度为109mpa。
40.表1中间过渡层即两种银基合金箔材的化学成分(质量分数％)
[0041][0042]
一种铝青铜/钛合金双金属的制备方法，为铜合金/钛合金材料体系的连接提供了一种新的中间过渡层——银基合金箔材的选择思路，该特定成分的中间过渡层银基合金箔材，有助于铜合金和钛合金的界面连接，改善了界面组织结构，使得界面良好结合，镉还可以改善流动性。同时，在比较高的温度下，使得铜合金软化，发生区域微熔，与钛合金在压力作用下高温扩散结合，施加压力的时机与时长不同有效抑制了裂纹的产生。形成的双金属除了具有铜合金和钛合金各自的优越性能外，还具备良好的界面结合，其界面剪切强度较高。