钨/低活化钢用Ti基连接材料及相关焊接工艺研究

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W/steel的连接是核聚变装置中氦冷型偏滤器制备的关键问题。由于W和低活化不锈钢的熔点和热膨胀系数等物理性质差异巨大,并且偏滤器服役环境严苛,要求承受巨大的热负载和耐中子辐照,如何获得高性能W/steel的连接接头是一个难题。钎焊及扩散焊技术各自具有独特的优势,因而成为W/steel连接领域主要采用的连接技术。考虑到低中子活化元素Ti、Fe作为W/steel连接材料具有非常大的潜力,本文将探究以Ti、Fe为主要原料连接W/steel的工艺。主要研究结果如下:1、钎焊连接W/steel:非晶钎料在钎焊过程中有明显优势,本实验希望通过合金化理论开发出具有低熔点、低中子活性的非晶型钎料,并应用于钎焊实验。用Zr元素替代非晶成分Ti70Fe20Si10中的Ti元素,并调整相关元素比例,获得了两个较佳成分:Ti50Zr25Fe20Si5和Ti45Zr25Fe20Si5。将Ti50Zr25Fe20Si5应用于钎焊实验,焊缝质量较差,W基体及钎料层中都出现大量裂纹,强度较低。焊缝中存在大量的硬脆金属问化合物及W与steel的热膨胀系数的巨大差异是导致接头失效的主要原因。2、扩散焊连接W/steel:通过液相界面扩散焊工艺对以Ti为中间层的W/Ti/steel的固态扩散焊工艺进行优化,以此来克服传统固态扩散焊成型困难的问题,并提高接头质量。实验中分四个方案展开研究,结果表明最佳工艺为:第一步采用电镀技术在Ti片表面获得20μm左右的镀铁层,第二步通过液相界面扩散焊在1100℃实现W/Ti的连接,第三步通过扩散焊在1050℃实现(W/Ti)/steel的连接。该工艺不仅提高了焊缝成型能力,获得了接头结构好的焊缝,而且接头强度较高。
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