權(quán)利要求
1.在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備具有內(nèi)孔的鎢基材料和銅基棒材，其中，鎢基材料的內(nèi)徑為φmm，外徑為Φmm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)mm，銅基棒材的直徑較鎢基材料的內(nèi)徑φ大8mm以上；所述鎢基材料為鎢或鎢合金材料，所述銅基棒材為銅棒材或銅合金棒材； 步驟二、機(jī)械加工：采用機(jī)械法對(duì)步驟一中準(zhǔn)備的鎢基材料的內(nèi)孔表面進(jìn)行磨削加工，得到鎢基材料裝配體，然后采用車削加工將步驟一中準(zhǔn)備的銅基棒材加工成銅基棒芯，并采用機(jī)械法對(duì)銅基棒芯的外圓表面進(jìn)行磨削加工，得到由底座和芯體組成的銅基棒芯裝配體，其中，鎢基材料裝配體的長(zhǎng)度L與銅基棒芯裝配體的長(zhǎng)度H滿足：H＝L+(5～6)mm，鎢基材料裝配體的內(nèi)徑φ與銅基棒芯裝配體的芯體外徑d滿足：φ＝d+(0.02～0.06)mm，底座的高度h＝2～3mm，底座的外徑D＝d+(6～8)mm； 步驟三、真空離子鍍：對(duì)步驟二中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗和脫水干燥，然后裝入多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行輝光清洗，再進(jìn)行真空離子鍍沉積，得到沉積銅基棒芯裝配體； 步驟四、清理裝配：采用分析純乙醇或丙酮對(duì)步驟二中得到的鎢基材料裝配體和步驟三中得到的沉積銅基棒芯裝配體進(jìn)行清洗，然后將清洗后的沉積銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體的內(nèi)孔中，得到鎢/銅組合體； 步驟五、真空擴(kuò)散焊：將步驟三中得到的鎢/銅組合體放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，然后在鎢/銅組合體與真空熱壓燒結(jié)爐的上壓頭、下壓頭/底座接觸區(qū)域均鋪設(shè)石墨紙，并進(jìn)行真空擴(kuò)散焊，得到鎢/銅復(fù)合坯體； 步驟六、機(jī)加整形：采用機(jī)械法去除步驟五中得到的鎢/銅復(fù)合坯體中鎢基材料內(nèi)孔及端部多余的銅基材料，從而在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料，得到鎢/銅復(fù)合模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟二中所述鎢基材料裝配體的內(nèi)孔表面和銅基棒芯裝配體的外圓表面的粗糙度不低于Ra0.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟三中所述超聲波清洗采用分析純乙醇，清洗時(shí)間為10min～15min；所述輝光清洗的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)真空系統(tǒng)，待工作室內(nèi)殘余氣體壓力在6.0×10 -3Pa以下時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，待工作室溫度達(dá)到240℃～280℃時(shí)，調(diào)整偏壓至600V～700V、氬氣流量至130sccm～180sccm進(jìn)行清洗12min～18min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟三中所述真空離子鍍沉積選用Cu-Cr-Fe系合金靶材，Cu-Cr-Fe系合金靶材由以下質(zhì)量含量的成分組成：Cr 1.2％～2.6％，F(xiàn)e 2.0％～2.8％，余量為Cu；所述真空離子鍍沉積的工藝參數(shù)為：基體偏壓800V～900V，靶電流40A～60A，氬氣流量90sccm～110sccm，沉積時(shí)間180min～210min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟五中所述真空擴(kuò)散焊的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力至2.2MPa～3.8MPa，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉真空熱壓燒結(jié)爐的爐門并啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽去爐體內(nèi)的空氣，待爐體內(nèi)殘余空氣的壓力低于9.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，當(dāng)爐溫升至850℃～870℃后保溫20min～30min，繼續(xù)以不超過(guò)3℃/min的速度升溫至900℃～960℃并保溫保壓90min～120min，再以不超過(guò)5℃/min的速度降溫至500℃，隨爐降溫至100℃以下出爐。
說(shuō)明書
在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法。
背景技術(shù)
金屬鎢具有極高的熔點(diǎn)，極低的蒸汽壓，良好的導(dǎo)熱性和高溫強(qiáng)度，特別是物理濺射過(guò)程中具有高的能量臨界值，不形成氫化物等物理、化學(xué)性質(zhì)，已成為核聚變反應(yīng)裝置中面向等離子體的首選材料。核聚變過(guò)程中，為避免鎢材料內(nèi)部熱量聚集，需要將其與熱沉材料(DSCu或CuCrZr銅合金)連接起來(lái)。同時(shí)，為進(jìn)一步緩解連接界面的熱應(yīng)力，需要在二者之間設(shè)置0.5～5mm厚的純銅(TU1)作為過(guò)渡層。實(shí)際應(yīng)用中，單塊式鎢/銅復(fù)合模塊的基本形式如圖1所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：(1)金屬鎢的內(nèi)部含有通孔，并且通孔的截面形狀為圓形；(2)材料構(gòu)成方面，由外向里依次為鎢、純銅層、銅合金層，并且相鄰兩層之間具備一定的結(jié)合力。
目前，單塊式鎢/銅復(fù)合模塊的加工分兩個(gè)步驟完成：步驟一，在金屬鎢的內(nèi)孔表面復(fù)合一定厚度的純銅層；步驟二，在純銅層的表面復(fù)合銅合金層。針對(duì)步驟一，在金屬鎢的內(nèi)孔表面復(fù)合銅的加工方法主要有熱等靜壓法、爆炸焊接法及物理/化學(xué)氣相沉積法三種。熱等靜壓法可以通過(guò)界面成分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鎢和銅的冶金結(jié)合，也可以實(shí)現(xiàn)通孔內(nèi)壁厚復(fù)層銅的復(fù)合，并且高壓(＞50MPa)的惰性氣體有利于結(jié)合界面多種缺陷的消除，相對(duì)較低的連接溫度也有利于獲得細(xì)晶組織，因此熱等靜壓法是目前鎢/銅復(fù)合模塊加工的主要方法。但熱等靜壓法生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，造成加工成本居高不下；加工過(guò)程涉及高溫高壓的惰性氣體，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)；需要專門的加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一次性投入很高等，這些因素一定程度上限制了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。爆炸焊接法在金屬?gòu)?fù)合棒、復(fù)合管等圓形、環(huán)形截面的復(fù)合產(chǎn)品加工方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，但其產(chǎn)品的結(jié)合界面以機(jī)械結(jié)合為主，不利于部件疲勞壽命的提高，特別是對(duì)于鎢和銅這種線膨脹系數(shù)相差很大的金屬組合，界面附近存在很大的應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命。另一方面，鎢的脆性很大，復(fù)合過(guò)程中難以承受炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大沖擊力而發(fā)生破碎，從而造成產(chǎn)品的成品率很低。此外，當(dāng)鎢的內(nèi)孔孔徑小于20mm時(shí)，炸藥很容易拒爆，這些因素一定程度上限制了爆炸焊接法的應(yīng)用。物理/化學(xué)氣相沉積法涵蓋了一大類不同原理的沉積方法，可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)金屬層的沉積，也可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀表面的復(fù)合。但隨著沉積層厚度的增加，其組織內(nèi)部缺陷數(shù)量顯著增多，通?？偤穸葍H在微米級(jí)范圍內(nèi)變動(dòng)，而本專利涉及的銅層厚度為毫米級(jí)。此外，物理/化學(xué)氣相沉積法的加工成本很高，不適合進(jìn)行大尺寸，厚復(fù)層產(chǎn)品的沉積復(fù)合。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法。該方法采用真空多弧等離子鍍沉積在銅基棒芯裝配體表面制備金屬薄膜以連接結(jié)合鎢基材料與銅基材料，通過(guò)優(yōu)化結(jié)合界面成分，獲得具有成分過(guò)渡的冶金結(jié)合界面，優(yōu)化了鎢基材料與銅基材料連接界面的組織結(jié)構(gòu)，提高了鎢/銅復(fù)合模塊的使用壽命。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟一、準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備具有內(nèi)孔的鎢基材料和銅基棒材，其中，鎢基材料的內(nèi)徑為φmm，外徑為Φmm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)mm，銅基棒材的直徑較鎢基材料的內(nèi)徑φ大8mm以上；所述鎢基材料為鎢或鎢合金材料，所述銅基棒材為銅棒材或銅合金棒材；
步驟二、機(jī)械加工：采用機(jī)械法對(duì)步驟一中準(zhǔn)備的鎢基材料的內(nèi)孔表面進(jìn)行磨削加工，得到鎢基材料裝配體，然后采用車削加工將步驟一中準(zhǔn)備的銅基棒材加工成銅基棒芯，并采用機(jī)械法對(duì)銅基棒芯的外圓表面進(jìn)行磨削加工，得到由底座和芯體組成的銅基棒芯裝配體，其中，鎢基材料裝配體的長(zhǎng)度L與銅基棒芯裝配體的長(zhǎng)度H滿足：H＝L+(5～6)mm，鎢基材料裝配體的內(nèi)徑φ與銅基棒芯裝配體的芯體外徑d滿足：φ＝d+(0.02～0.06)mm，底座的高度h＝2～3mm，底座的外徑D＝d+(6～8)mm；
步驟三、真空離子鍍：對(duì)步驟二中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗和脫水干燥，然后裝入多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行輝光清洗，再進(jìn)行真空離子鍍沉積，得到沉積銅基棒芯裝配體；
步驟四、清理裝配：采用分析純乙醇或丙酮對(duì)步驟二中得到的鎢基材料裝配體和步驟三中得到的沉積銅基棒芯裝配體進(jìn)行清洗，然后將清洗后的沉積銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體的內(nèi)孔中，得到鎢/銅組合體；
步驟五、真空擴(kuò)散焊：將步驟三中得到的鎢/銅組合體放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，然后在鎢/銅組合體與真空熱壓燒結(jié)爐的上壓頭、下壓頭/底座接觸區(qū)域均鋪設(shè)石墨紙，并進(jìn)行真空擴(kuò)散焊，得到鎢/銅復(fù)合坯體；
步驟六、機(jī)加整形：采用機(jī)械法去除步驟五中得到的鎢/銅復(fù)合坯體中鎢基材料內(nèi)孔及端部多余的銅基材料，從而在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料，得到鎢/銅復(fù)合模塊。
本發(fā)明從鎢基材料的基本外形尺寸出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行磨削加工得到鎢基材料裝配體，并設(shè)計(jì)加工具有匹配形狀、尺寸的銅基棒芯裝配體，使得兩者的外形尺寸、表面粗糙度形成對(duì)應(yīng)，然后對(duì)銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗和輝光清洗，為后續(xù)表面物理沉積做好準(zhǔn)備，再采用真空多弧等離子鍍?cè)谇逑春蟮你~基棒芯裝配體表面進(jìn)行沉積，制備具有一定成分和厚度的金屬薄膜；將清洗后的沉積銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體裝配得到鎢/銅組合體，以銅基棒芯裝配體表面的金屬薄膜為媒介，借助真空擴(kuò)散焊工藝實(shí)現(xiàn)鎢基材料與銅基材料的有效連接，最后借助機(jī)加整形去除多余的銅基材料，從而實(shí)現(xiàn)在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料，得到鎢/銅復(fù)合模塊。本發(fā)明的加工過(guò)程中，采用真空多弧等離子鍍沉積在銅基棒芯裝配體表面制備金屬薄膜以連接結(jié)合鎢基材料與銅基材料，通過(guò)優(yōu)化結(jié)合界面成分，獲得具有成分過(guò)渡的冶金結(jié)合界面，優(yōu)化了鎢基材料與銅基材料連接界面的組織結(jié)構(gòu)，提高了鎢/銅復(fù)合模塊的使用壽命，同時(shí)，本發(fā)明的真空擴(kuò)散焊過(guò)程中采用熱壓復(fù)合，使得鎢銅界面附近的銅基材料流動(dòng)性提高，進(jìn)而銅基材料的填充能力提高，有利于消除微觀組織缺陷，改善組織，提高了鎢/銅復(fù)合模塊中的鎢基材料與銅基材料界面結(jié)合強(qiáng)度。
上述的一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟二中所述鎢基材料裝配體的內(nèi)孔表面和銅基棒芯裝配體的外圓表面的粗糙度不低于Ra0.8。
上述的一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟三中所述超聲波清洗采用分析純乙醇，清洗時(shí)間為10min～15min；所述輝光清洗的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)真空系統(tǒng)，待工作室內(nèi)殘余氣體壓力在6.0×10 -3Pa以下時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，待工作室溫度達(dá)到240℃～280℃時(shí)，調(diào)整偏壓至600V～700V、氬氣流量至130sccm～180sccm進(jìn)行清洗12min～18min。
上述的一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟三中所述真空離子鍍沉積選用Cu-Cr-Fe系合金靶材，Cu-Cr-Fe系合金靶材由以下質(zhì)量含量的成分組成：Cr 1.2％～2.6％，F(xiàn)e 2.0％～2.8％，余量為Cu；所述真空離子鍍沉積的工藝參數(shù)為：基體偏壓800V～900V，靶電流40A～60A，氬氣流量90sccm～110sccm，沉積時(shí)間180min～210min；
上述的一種在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法，其特征在于，步驟五中所述真空擴(kuò)散焊的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力至2.2MPa～3.8MPa，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉真空熱壓燒結(jié)爐的爐門并啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽去爐體內(nèi)的空氣，待爐體內(nèi)殘余空氣的壓力低于9.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，當(dāng)爐溫升至850℃～870℃后保溫20min～30min，繼續(xù)以不超過(guò)3℃/min的速度升溫至900℃～960℃并保溫保壓90min～120min，再以不超過(guò)5℃/min的速度降溫至500℃，隨爐降溫至100℃以下出爐。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明采用真空多弧等離子鍍沉積在銅基棒芯裝配體表面制備金屬薄膜以連接結(jié)合鎢基材料與銅基材料，通過(guò)優(yōu)化結(jié)合界面成分，獲得具有成分過(guò)渡的冶金結(jié)合界面，優(yōu)化了鎢基材料與銅基材料的組織結(jié)構(gòu)，提高了鎢/銅復(fù)合模塊的使用壽命。
2、本發(fā)明的真空擴(kuò)散焊過(guò)程中采用熱壓復(fù)合，使得鎢基材料與銅基材料界面附近的銅基材料流動(dòng)性提高，進(jìn)而銅基材料的填充能力提高，有利于消除微觀組織缺陷，改善組織，提高了鎢/銅復(fù)合模塊中的鎢基材料與銅基材料界面結(jié)合強(qiáng)度。
3、本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需特殊設(shè)備，安全性好，且工藝適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)鎢基材料的內(nèi)孔孔徑及銅基材料厚度無(wú)特殊要求，成品率高，加工成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
附圖說(shuō)明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單塊式鎢/銅復(fù)合模塊的基本形式圖。
圖2為本發(fā)明中鎢基材料裝配體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明中銅基棒芯裝配體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明中鎢/銅組合體的機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明中鎢/銅組合體的裝爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鎢/銅復(fù)合模塊的實(shí)物圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鎢/銅復(fù)合模塊中鎢與銅連接界面圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例包括以下步驟：
步驟一、準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備具有內(nèi)孔的金屬鎢和銅棒，其中，金屬鎢的材質(zhì)為W1，內(nèi)徑為17mm，外徑橫截面為28mm×28mm的正方形，長(zhǎng)度為12mm，銅棒的材質(zhì)為TU1，直徑為28mm；
步驟二、機(jī)械加工：采用機(jī)械法對(duì)步驟一中準(zhǔn)備的金屬鎢的內(nèi)孔表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.8，得到內(nèi)孔孔徑φ＝18.10mm的鎢基材料裝配體，如圖2所示，然后采用車削加工將步驟一中準(zhǔn)備的銅棒加工成銅芯，并采用機(jī)械法對(duì)銅芯的外圓表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.8，得到由底座和芯體組成的銅基棒芯裝配體，如圖3所示，其中，銅基棒芯裝配體的長(zhǎng)度H＝17mm，銅基棒芯裝配體的芯體外徑d＝17.08mm，底座的高度h＝2mm，底座的外徑D＝16.08mm；
步驟三、真空離子鍍：采用分析純乙醇對(duì)步驟二中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗10min后脫水干燥，然后裝入多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行輝光清洗，再進(jìn)行真空離子鍍沉積，得到沉積銅基棒芯裝配體；
所述輝光清洗的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)真空系統(tǒng)，待工作室內(nèi)殘余氣體壓力為6.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，待工作室溫度達(dá)到240℃時(shí)，調(diào)整偏壓至600V、氬氣流量至130sccm進(jìn)行清洗12min；
所述真空離子鍍沉積選用Cu-Cr-Fe系合金靶材，Cu-Cr-Fe系合金靶材由以下質(zhì)量含量的成分組成：Cr 1.2％，F(xiàn)e 2.0％，余量為Cu；所述真空離子鍍沉積的工藝參數(shù)為：基體偏壓800V，靶電流40A，氬氣流量90sccm，沉積時(shí)間180min；
步驟四、清理裝配：采用分析純乙醇對(duì)步驟二中得到的鎢基材料裝配體和步驟三中得到的沉積銅基棒芯裝配體進(jìn)行清洗，然后將清洗后的沉積銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體的內(nèi)孔中，得到鎢/銅組合體，如圖4所示；
步驟五、真空擴(kuò)散焊：將步驟三中得到的鎢/銅組合體放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，然后在鎢/銅組合體與真空熱壓燒結(jié)爐的上壓頭、底座接觸區(qū)域均鋪設(shè)石墨紙，如圖5所示，圖5中的基礎(chǔ)即底座，并啟動(dòng)液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力至2.2MPa，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉真空熱壓燒結(jié)爐的爐門并啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽去爐體內(nèi)的空氣，待爐體內(nèi)殘余空氣的壓力為1.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，當(dāng)爐溫升至850℃后保溫20min，繼續(xù)以3℃/min的速度升溫至960℃并保溫保壓90min，再以5℃/min的速度降溫至500℃，隨爐降溫至30℃出爐，得到鎢/銅復(fù)合坯體；
步驟六、機(jī)加整形：采用數(shù)控車床加工去除步驟五中得到的鎢/銅復(fù)合坯體中金屬鎢內(nèi)孔及端部多余的銅，從而在金屬鎢的內(nèi)孔表面復(fù)合厚度2mm的銅，得到鎢/銅復(fù)合模塊，如圖6所示。
圖7為本實(shí)施例制備的鎢/銅復(fù)合模塊中鎢與銅連接界面圖，從圖7可知，該鎢與銅界面結(jié)合良好，無(wú)孔洞、裂紋、夾渣等微觀組織缺陷；經(jīng)測(cè)試，該鎢與銅界面剪切強(qiáng)度約為120MPa。
本實(shí)施例中的金屬鎢還可替換為鎢合金材料，所述銅棒還可替換為銅合金棒材。
實(shí)施例2
本實(shí)施例包括以下步驟：
步驟一、準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備具有內(nèi)孔的金屬鎢和銅棒，其中，金屬鎢的材質(zhì)為W1，內(nèi)徑為40mm，外徑為80mm，長(zhǎng)度為25mm，銅棒的材質(zhì)為TU2，直徑為50mm；
步驟二、機(jī)械加工：采用機(jī)械法對(duì)步驟一中準(zhǔn)備的金屬鎢的內(nèi)孔表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.4，得到內(nèi)孔孔徑φ＝40.02mm的鎢基材料裝配體，如圖2所示，然后采用車削加工將步驟一中準(zhǔn)備的銅棒加工成銅芯，并采用機(jī)械法對(duì)銅芯的外圓表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.4，得到由底座和芯體組成的銅基棒芯裝配體，如圖3所示，其中，銅基棒芯裝配體的長(zhǎng)度H＝31mm，銅基棒芯裝配體的芯體外徑d＝39.96mm，底座的高度h＝3mm，底座的外徑D＝47.96mm；
步驟三、真空離子鍍：采用分析純乙醇對(duì)步驟二中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗15min后脫水干燥，然后裝入多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行輝光清洗，再進(jìn)行真空離子鍍沉積，得到沉積銅基棒芯裝配體；
所述輝光清洗的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)真空系統(tǒng)，待工作室內(nèi)殘余氣體壓力為1.0×10 -3Pa啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，待工作室溫度達(dá)到280℃時(shí)，調(diào)整偏壓至700V、氬氣流量至180sccm進(jìn)行清洗18min；
所述真空離子鍍沉積選用Cu-Cr-Fe系合金靶材，Cu-Cr-Fe系合金靶材由以下質(zhì)量含量的成分組成：Cr 2.6％，F(xiàn)e 2.8％，余量為Cu；所述真空離子鍍沉積的工藝參數(shù)為：基體偏壓900V，靶電流60A，氬氣流量110sccm，沉積時(shí)間210min；
步驟四、清理裝配：采用丙酮對(duì)步驟二中得到的鎢基材料裝配體和步驟三中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行清洗，然后將清洗后的銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體的內(nèi)孔中，得到鎢/銅組合體，如圖4所示；
步驟五、真空擴(kuò)散焊：將步驟三中得到的鎢/銅組合體放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，然后在鎢/銅組合體與真空熱壓燒結(jié)爐的上壓頭、底座接觸區(qū)域均鋪設(shè)石墨紙，如圖5所示，圖5中的基礎(chǔ)即底座，并啟動(dòng)液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力至3.8MPa，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉真空熱壓燒結(jié)爐的爐門并啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽去爐體內(nèi)的空氣，待爐體內(nèi)殘余空氣的壓力為8.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，當(dāng)爐溫升至870℃后保溫30min，繼續(xù)以2℃/min的速度升溫至900℃并保溫保壓120min，再以4℃/min的速度降溫至500℃，隨爐降溫至25℃出爐，得到鎢/銅復(fù)合坯體；
步驟六、機(jī)加整形：采用數(shù)控車床加工去除步驟五中得到的鎢/銅復(fù)合坯體中金屬鎢內(nèi)孔及端部多余的銅，從而在金屬鎢的內(nèi)孔表面復(fù)合厚度5mm的銅，得到鎢/銅復(fù)合模塊。
本實(shí)施例中的金屬鎢還可替換為鎢合金材料，所述銅棒還可替換為銅合金棒材。
實(shí)施例3
本實(shí)施例包括以下步驟：
步驟一、準(zhǔn)備原料：準(zhǔn)備具有內(nèi)孔的鎢合金和銅棒，其中，鎢合金的材質(zhì)為W85Re15，內(nèi)徑為28mm，外徑為80mm，長(zhǎng)度為40mm，銅棒的材質(zhì)為T1，直徑為40mm；
步驟二、機(jī)械加工：采用機(jī)械法對(duì)步驟一中準(zhǔn)備的鎢合金的內(nèi)孔表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.2，得到內(nèi)孔孔徑φ＝28.04mm鎢基材料裝配體，如圖2所示，然后采用車削加工將步驟一中準(zhǔn)備的銅棒加工成銅芯，并采用機(jī)械法對(duì)銅芯的外圓表面進(jìn)行磨削加工至粗糙度為Ra0.2，得到由底座和芯體組成的銅基棒芯裝配體，如圖3所示，其中，銅基棒芯裝配體的長(zhǎng)度H＝45.5mm，銅基棒芯裝配體的芯體外徑d＝28.00mm，底座的高度h＝2.5mm，底座的外徑D＝35.00mm；
步驟三、真空離子鍍：采用分析純乙醇對(duì)步驟二中得到的銅基棒芯裝配體進(jìn)行超聲波清洗12min后脫水干燥，然后裝入多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行輝光清洗，再進(jìn)行真空離子鍍沉積，得到沉積銅基棒芯裝配體；
所述輝光清洗的具體過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)真空系統(tǒng)，待工作室內(nèi)殘余氣體壓力為8.0×10 -4Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，待工作室溫度達(dá)到260℃時(shí)，調(diào)整偏壓至660V、氬氣流量至160sccm進(jìn)行清洗15min；
所述真空離子鍍沉積選用Cu-Cr-Fe系合金靶材，Cu-Cr-Fe系合金靶材由以下質(zhì)量含量的成分組成：Cr 1.5％，F(xiàn)e 2.4％，余量為Cu；所述真空離子鍍沉積的工藝參數(shù)為：基體偏壓900V，靶電流60A，氬氣流量110sccm，沉積時(shí)間210min；
步驟四、清理裝配：采用丙酮對(duì)步驟二中得到的鎢基材料裝配體和步驟三中得到的沉積銅基棒芯裝配體進(jìn)行清洗，然后將清洗后的沉積銅基棒芯裝配體插入清洗后的鎢基材料裝配體的內(nèi)孔中，得到鎢/銅組合體，如圖4所示；
步驟五、真空擴(kuò)散焊：將步驟三中得到的鎢/銅組合體放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，然后在鎢/銅組合體與真空熱壓燒結(jié)爐的上壓頭、底座接觸區(qū)域均鋪設(shè)石墨紙，如圖5所示，圖5中的基礎(chǔ)即底座，并啟動(dòng)液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力至3.0MPa，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉真空熱壓燒結(jié)爐的爐門并啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽去爐體內(nèi)的空氣，待爐體內(nèi)殘余空氣的壓力為4.0×10 -3Pa時(shí)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，當(dāng)爐溫升至860℃后保溫22min，繼續(xù)以1℃/min的速度升溫至900℃并保溫保壓110min，再以3℃/min的速度降溫至500℃，隨爐降溫至35℃出爐，得到鎢/銅復(fù)合坯體；
步驟六、機(jī)加整形：采用數(shù)控車床加工去除步驟五中得到的鎢/銅復(fù)合坯體中鎢合金內(nèi)孔及端部多余的銅，從而在鎢合金的內(nèi)孔表面復(fù)合厚度4mm的銅，得到鎢/銅復(fù)合模塊。
本實(shí)施例中的鎢合金還可替換為鎢材料，所述銅棒還可替換為銅合金棒材。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
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聲明：
“在鎢基材料的內(nèi)孔表面復(fù)合銅基材料的加工方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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