一种采用金箔钎焊连接石墨与Hastelloy N合金的方法

摘要

本发明涉及一种采用金箔钎焊连接石墨与Hastelloy N合金的方法，它选取金箔作为钎焊的连接材料，采用502胶水将石墨、金箔、Hastelloy N合金粘牢，随后进行钎焊，钎焊过程中，金箔与Hastelloy N合金中的Ni元素发生互溶作用转变为液相，石墨内的C元素与Hastelloy N合金内的Cr、Mo、Fe、Si、C等元素向钎缝内溶解并发生扩散；凝固结束后，钎缝里形成了Au基固溶体、Ni基固溶体及C19Cr7Mo24等组织；靠近钎缝一侧的Hastelloy N合金内的晶内和晶界处出现大量的碳化物，形成了热膨胀过渡层。本发明通过应用钎焊技术实现了石墨与Hastelloy N合金之间的连接，得到了稳定可靠的接头。该方法成本低、操作简单、不破坏母材原有结构，提高了熔盐回路管道、堆芯容器及换热器的运行寿命，促进了熔盐堆的发展和应用。

说明书

技术领域

本发明属于石墨与金属连接技术领域，具体涉及一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法。

背景技术

熔盐堆作为第四代核反应堆候选堆型之一，具有核燃料可持续利用、高的热转化效率、突出的固有安全性等优点，因而受到广泛关注。熔盐堆也是中国科学院首批“未来先进核裂变”战略先导科技专项的重要组成部分。

HastelloyN合金作为一种固溶强化型镍基高温合金，具有优良的力学性能、高温抗氧化性、耐腐蚀性以及耐辐照性能。在熔盐堆中，HastelloyN合金常被用来制造熔盐回路管道、堆芯容器及换热器等结构。

石墨是一种重要的结构材料、功能材料和生物医用材料，具有质量轻、韧性高、高模量、高稳定性、耐腐蚀等优异性能，在航空、航天、航海、核电等领域均有广阔的应用前景。在核电领域中，石墨是核反应堆重要的慢化材料，解决石墨与HastelloyN合金的连接问题对熔盐堆的发展和应用至关重要。

目前，连接石墨与金属材料最常见的方法是钎焊，钎焊技术具有成本低、操作简单、不破坏母材原有结构等优点，且获得的接头连接强度高、性能稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种成本低、操作简单、不破坏母材原有结构，且所得接头连接强度高、性能稳定的采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的措施：

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于在石墨与HastelloyN合金之间放置金箔作为钎料，在真空钎焊炉内钎焊；钎焊完成后，钎缝里形成Au基固溶体、Ni基固溶体及C19Cr7Mo24组织，靠近钎缝一侧的HastelloyN合金内的晶内和晶界处出现大量的碳化物，形成了热膨胀过渡层。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于包括如下几个步骤：

1）分别除去HastelloyN合金和石墨表面的油污，并用400#、600#、1000#、1500#砂纸依次打磨，随后抛光；

2）选取一定厚度与纯度的金箔作为钎焊所用钎料；

3）将各部分材料按照石墨、金箔、HastelloyN合金的顺序用502胶水粘牢，放入真空钎焊炉加热；

4）温度加热到250-350℃时保温25-30分钟，以使502胶水挥发；

5）温度加热到920-940℃时保温8-12分钟，以保证真空炉中温度分布均匀；

6）温度加热到钎焊温度后保温30分钟，此时金箔与HastelloyN合金中的Ni元素发生互溶作用转变为液相，石墨内的C元素与HastelloyN合金内的Cr、Mo、Fe、Si、C等元素向钎缝内溶解并发生扩散；

7）降低真空炉内温度，凝固后的钎缝里形成了Au基固溶体、Ni基固溶体及C19Cr7Mo24组织；靠近钎缝一侧的HastelloyN合金内的晶内和晶界处出现大量的碳化物，形成了热膨胀过渡层。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤2）中金箔的厚度为0.02-0.06mm，金箔的纯度为99.985%。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤2）中金箔的厚度为0.025mm，金箔的纯度为99.985%。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤2）中金箔的厚度为0.05mm，金箔的纯度为99.985%。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤6）的钎焊温度为980~1100℃。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤6）的钎焊温度为1060℃。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤7）中的炉内温度以4-8℃/min的速度匀速降至300℃。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤7）中的炉内温度以6℃/min的速度匀速降至300℃。

所述的一种采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其特征在于步骤7）中使炉内试样温度从300℃随炉冷却至室温。

本发明的有益效果：通过应用钎焊技术实现了石墨与HastelloyN合金之间的连接，得到了连接强度高且稳定可靠的接头。该方法成本低、操作简单、不破坏母材原有结构，提高了熔盐回路管道、堆芯容器及换热器的运行寿命，促进了熔盐堆的发展和应用。

附图说明

图1是使用该方法钎焊前的接头装配示意图；

图2是使用该方法所得钎缝的成分示意图。

图中：1-石墨，2-钎料，3-HastelloyN合金；4-C19Cr7Mo24，5-Au基固溶体，6-Ni基固溶体。

具体实施方式

以下结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1所示，本发明为采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法,选取一定厚度与纯度的金箔作为钎焊所用的钎料2，将该钎料2放置于石墨1和HastelloyN合金3中间，用502脱水粘牢，加热进行钎焊，在钎焊过程中，作为钎料2的金箔与HastelloyN合金3中的Ni元素发生互溶作用转变为液相，与此同时，石墨1内的C元素与HastelloyN合金3内的Cr、Mo、Fe、Si、C等元素向钎缝内溶解并发生扩散；凝固结束后，钎缝里形成了Au基固溶体5、Ni基固溶体6及C19Cr7Mo244等组织；靠近钎缝一侧的HastelloyN合金3内的晶内和晶界处出现大量的碳化物，形成了热膨胀过渡层。

实施例1：以采用厚度为0.025mm金箔在钎焊温度1060℃下连接石墨与HastelloyN合金为例：

如图所示，本发明的采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其连接过程如下：

1）选取厚0.025mm，纯度99.985%的金箔作为钎焊所用钎料；

2）按照石墨、金箔、HastelloyN合金的顺序用502胶水将其粘牢，放入真空钎焊炉；

3）将炉内温度以10℃/min的速度由室温加热到300℃，保温30分钟，使502胶水挥发；

4）将炉内温度以10℃/min的速度由300℃加热到930℃，保温10min，使炉内温度均匀分布；

5）将试验温度以10℃/min的速度由930℃加热到1060℃，保温30分钟；

6）使炉内温度以6℃/min左右的速度匀速降至300℃。

7）使试样随炉冷却至室温。

实施例2：以采用厚度为0.05mm的金箔在钎焊温度1100℃下连接石墨与HastelloyN合金为例：

如图所示，本发明的采用金箔钎焊连接石墨与HastelloyN合金的方法，其连接过程如下：

1）选取厚0.05mm，纯度99.985%的金箔作为钎焊所用钎料；

2）按照石墨、金箔、HastelloyN合金的顺序用502胶水将其粘牢，放入真空钎焊炉；

3）将炉内温度以10℃/min的速度由室温加热到300℃，保温30分钟，使502胶水挥发；

4）将炉内温度以10℃/min的速度由300℃加热到930℃，保温10min，使炉中温度分布均匀；

5）将炉内温度以10℃/min的速度由930℃加热到1100℃，保温30分钟；

6）使炉内温度以6℃/min左右的速度匀速降至300℃；

7）使试样随炉冷却至室温；

对钎焊温度980℃、1020℃、1060℃、1100℃下所得的接头进行常温剪切试验，结果如下：

表1不同钎焊温度下所得接头的剪切强度

由试验结果可知：采用本方法进行钎焊连接，在980℃-1100℃的温度范围和0.02-0.06mm的金箔厚度范围内所得的接头性能皆优异稳定，符合实际工况要求。且钎焊温度为1060℃时，接头性能最佳。

本发明的有益效果：通过应用钎焊技术实现了石墨与HastelloyN合金之间的连接，得到了稳定可靠的接头。该方法成本低、操作简单、不破坏母材原有结构，提高了熔盐回路管道、堆芯容器及换热器的运行寿命，促进了熔盐堆的发展和应用。