本文涉及一種馬氏體不銹鋼與銅合金之間的擴(kuò)散焊接裝配工藝，尤其涉及一種馬氏體不銹鋼部件與含有銅的部件的裝配工藝。

擴(kuò)散焊接是一種用于組裝固相組件的技術(shù)，即通過(guò)同時(shí)施加高溫和高壓而不熔化。

例如，該技術(shù)可用于生產(chǎn)設(shè)計(jì)為在高溫下運(yùn)行的雙金屬部件。馬氏體不銹鋼部件或部件在部件的機(jī)械強(qiáng)度和/或耐磨性和耐腐蝕性中起作用，而銅或銅合金部件或部件充當(dāng)熱阱，使所述部件能夠冷卻。因此，必須組裝上述兩個(gè)組件，以確保從一個(gè)組件到另一個(gè)組件的[敏感詞]熱傳遞以及組件的出色熱機(jī)械阻力。

這種雙金屬部件可用于例如在玻璃工業(yè)中形成模具，在冶金中用于形成連續(xù)金屬帶狀鑄造輥，用于生產(chǎn)非循環(huán)或單極液冷發(fā)生器，用于生產(chǎn)X射線管等。

根據(jù)本文，馬氏體不銹鋼部件優(yōu)先包括鎳濃度小于或等于4重量%，和/或有利地包括鉻濃度大于或等于10重量%。例如，可包含0.1-1重量%的C、至多約約4%重量%的Ni、高達(dá)10-18重量%的Cr、至多2%重量的Mo或W、至多0.5%的V重量、高達(dá)1.5%的Mn、至多1.5重量%的Si， P的重量高達(dá)0.1%，S重量的0.2%，其余的由鐵和雜質(zhì)組成。

可用作該組件的馬氏體不銹鋼的一個(gè)例子是Z20 CN17-02鋼，其包括C重量的0.2%，Ni重量的1.25至2.5%，Cr重量的15至17%，Mn重量的1%，Si的1%，P的0.04重量%，S重量的0.03%， 其余由鐵和雜質(zhì)組成。

根據(jù)本文，包含銅的組分可以例如由銅合金組成，其基體不是合金化的，即僅包含銅和雜質(zhì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NF A 51050不低于99.8重量%的銅，或通過(guò)氧化物分散增強(qiáng)的銅合金，其基體優(yōu)先不合金化。

根據(jù)本文，可以根據(jù)本文的方法組裝的部件可以是任何尺寸或形狀。例如，它們的體積可能大于 1 dm<3 >，厚度可達(dá)幾厘米。這樣，它們可以很容易地在其要組裝的表面上具有大于或等于 1 毫米的厚度。

本文的工藝中，表面脫脂和剝離步驟可以包括針對(duì)金屬表面的常規(guī)脫脂和剝離處理。此步驟的目的是獲得干凈的表面，沒(méi)有油脂和氧化。潤(rùn)滑脂可以從所述表面上除去，例如，使用溶劑或常規(guī)的金屬脫脂洗滌劑。汽提可以包括化學(xué)或機(jī)械汽提，例如可以通過(guò)酸或堿溶液，或通過(guò)研磨或拋光進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明，剝離技術(shù)可以包括化學(xué)剝離，然后用水沖洗，在此期間使用具有氧化鋁纖維基材的研磨墊擦洗材料表面。所述處理可以重復(fù)幾次，并有可能用軟化水進(jìn)行最后一次沖洗。

此列表并非詳盡無(wú)遺，可以選擇任何能夠消除待組裝組件表面上污染和氧化痕跡的技術(shù)。

對(duì)于待組裝的馬氏體不銹鋼部件的表面，脫脂溶劑可以是有機(jī)溶劑，例如酮、醚、醇、烷烴或氯化烯烴如三氯乙烯，或所述物質(zhì)的混合物等。優(yōu)選的溶劑是乙醇、乙醚和丙酮的等分混合物。另一種優(yōu)選溶劑是三氯乙烯?；瘜W(xué)汽提可以用酸溶液進(jìn)行，例如10%氫氟酸浴或包含1-5%氫氟酸與30-40%硝酸的混合物。在15至30°C的溫度下，例如20°C的溫度下，剝離時(shí)間可以是例如10秒至5分鐘，例如20至30秒。例如，可以在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的軟化水浴中沖洗剝離的表面。

對(duì)于包含銅的組分的表面，潤(rùn)滑脂可以通過(guò)諸如上述那些的有機(jī)溶劑除去，例如使用丙酮或三元丙酮-乙醇-醚混合物，優(yōu)先按[1/3]、[1/3]和[1/3]的比例除去。所述表面的脫脂之后可以例如進(jìn)行一分鐘的超聲處理。然后可以在超聲波下用乙醇對(duì)表面進(jìn)行脫脂，然后使用熱空氣等方式干燥。然后可以使用例如濃度為0.23至0.30摩爾/升的重鉻酸鉀浴、例如濃度為0.1至0.13摩爾/升的硫酸和軟化水（例如約1分30秒）剝離所述表面。然后可以用乙醇沖洗表面，例如在超聲波下，然后在軟化水中沖洗并干燥，例如使用熱空氣，下一步是包括將脫脂和剝離的部件表面直接接觸的步驟。這種接觸包括根據(jù)所需的堆棧將要組裝的組件的表面相互放置或定位。優(yōu)選地，所述接觸在包括對(duì)要組裝的表面進(jìn)行脫脂和剝離的步驟之后不到一小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，以限制氧化風(fēng)險(xiǎn)，除非已采取特殊預(yù)防措施來(lái)儲(chǔ)存脫脂和剝離的組件，所述預(yù)防措施可能包括通過(guò)將組件放在密封袋中將組件保持在清潔和非氧化性氣氛中，例如氮?dú)?。所述接觸被稱(chēng)為“直接”的，因?yàn)樗窃诟鶕?jù)本發(fā)明進(jìn)行的，而不在待組裝的表面上放置諸如現(xiàn)有技術(shù)中描述的那些合金的中間層，待組裝部件表面接觸之后的步驟是包括將表面直接接觸的擴(kuò)散焊接組件組成的步驟。擴(kuò)散焊接可以例如通過(guò)熱等靜壓或熱單軸壓制進(jìn)行，例如使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)。，當(dāng)通過(guò)熱等靜壓進(jìn)行擴(kuò)散焊接時(shí)，接觸的材料可以被引入到用于將要組裝的部件與大氣隔離的套管中，并抽空套管以用于擴(kuò)散焊接所述套管中的部件的組件。當(dāng)然，接觸步驟也可以直接在外殼中進(jìn)行，外殼可以由任何緊密的材料組成，足以承受所述外殼中的至少部分真空，并且能夠承受組裝部件所需的高溫和高壓。例如，外殼可以是金屬外殼，例如由不銹鋼、軟鋼或鈦及其合金制成。例如，它可以由厚度例如約為1至20毫米，例如約1至10毫米的薄片形成。首先，外殼可以模制要組裝的部件的外部。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，馬氏體不銹鋼部件可以通過(guò)充當(dāng)套管上的蓋子來(lái)關(guān)閉所述套管，因此可以將鋼部件焊接到套管上。根據(jù)本發(fā)明，所述套管可以通過(guò)切割、彎曲、如果需要的話、焊接金屬板或使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法來(lái)生產(chǎn)。然后將外殼脫氣，以便在其內(nèi)部產(chǎn)生真空。脫氣可以通過(guò)真空泵或加熱要組裝的部件和外殼來(lái)進(jìn)行。

脫氣的一個(gè)例子可能包括在環(huán)境溫度下抽空外殼，直到獲得小于或等于10 pa的殘余真空，然后在中等溫度下加熱組件，例如低于300°C.幾個(gè)小時(shí)，例如5小時(shí)，同時(shí)繼續(xù)抽真空。

在進(jìn)行擴(kuò)散焊接操作（例如使用氦氣測(cè)試）之前，檢查外殼是否緊密可能是有用的。

一旦執(zhí)行了脫氣步驟，通過(guò)密封用于排空的開(kāi)口（例如，使用TIG焊進(jìn)行密封）使套管完全密封。

然后可以通過(guò)擴(kuò)散焊接組裝放置在脫氣外殼中接觸的組件。該組裝可以在熱等靜壓室中進(jìn)行，當(dāng)使用熱等靜壓進(jìn)行擴(kuò)散焊接時(shí)，擴(kuò)散焊接組件步驟可包括至少一個(gè)直接接觸的部件表面的加熱和加壓循環(huán)，包括：

溫度和壓力的增加，以達(dá)到在允許將馬氏體不銹鋼置于溶液中的溫度范圍內(nèi)選擇的溫度，以及大約5 * 10<7 >至2 * 10<8 >Pa的壓力，將所選溫度和壓力穩(wěn)定足夠的時(shí)間，以將相應(yīng)組分的馬氏體不銹鋼置于溶液中，以及溫度和壓力降低，對(duì)于諸如上述的那些馬氏體不銹鋼，能夠?qū)ⅠR氏體不銹鋼置于溶液中的溫度范圍可以是大約800至1080°C。例如，所選溫度可以是大約975[°C]。此周期的每個(gè)步驟的持續(xù)時(shí)間可能從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等。溫度可以升高30至180分鐘，例如大約1小時(shí)。壓力可優(yōu)先為8*10<7>至1.5*10<8>Pa。

所選的溫度和壓力可以保持穩(wěn)定30至120分鐘，例如約一小時(shí)。

可以降低溫度，以便使不銹鋼部件的馬氏體轉(zhuǎn)化，其中包括對(duì)鋼進(jìn)行淬火硬化。所述溫度的降低可以例如對(duì)于上述30至150[度]C./分鐘，在大約975[度]C.和730[°C.]之間，例如110[度]C./分鐘，15至75°C./分鐘，大約在730[度]之間。 C.和500[度]C.，例如40[度]C./分鐘， 在500°C以下更慢。

也可以降低溫度，以免獲得馬氏體鋼結(jié)構(gòu)。所述溫度降低之后將進(jìn)行淬火硬化處理，以實(shí)現(xiàn)鋼的馬氏體轉(zhuǎn)化。，所放置部件的擴(kuò)散焊接組件也可以通過(guò)熱單軸壓制進(jìn)行。要組裝的部件可以布置在配備加熱系統(tǒng)和真空室的壓力機(jī)中。然后可以在所述腔室中設(shè)置大約10<-1>至10<-3>Pa的真空，待組裝組件的表面在壓力機(jī)中直接接觸。熱的單軸壓制可以通過(guò)施加約1至100MPa的壓力進(jìn)行，例如約5至30MPa的壓力?？梢园ㄖ辽僖粋€(gè)加熱循環(huán)，依次包括：

溫度升高，以達(dá)到在溫度范圍內(nèi)選擇的溫度，使馬氏體不銹鋼能夠置于溶液中，

將溫度穩(wěn)定足夠的時(shí)間，將馬氏體不銹鋼置于溶液中，以及溫度降低。

所述循環(huán)的溫度和時(shí)間可以例如與上述鋼的熱等靜壓所描述的溫度和時(shí)間相同，的裝配過(guò)程還可以包括對(duì)組裝的馬氏體不銹鋼部件進(jìn)行退火處理。所述處理旨在軟化鋼。它可以在爐子中進(jìn)行，例如在500至800°C的溫度下根據(jù)所需的機(jī)械性能進(jìn)行，例如在大約700°C的溫度下進(jìn)行。出乎意料的是，發(fā)明人觀察到，當(dāng)銅和馬氏體不銹鋼之間的擴(kuò)散焊接組件在沒(méi)有中間材料的情況下生產(chǎn)時(shí)，以這種方式生產(chǎn)的組件具有優(yōu)異的抗熱震性。所述抗熱震性是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的工藝組裝的部件之間的界面沒(méi)有退化來(lái)證明的，經(jīng)過(guò)一系列幾十次空氣加熱操作后，在馬氏體不銹鋼部件的側(cè)面，使用氧乙炔焊槍達(dá)到[敏感詞]溫度約900[°C.]， 每次都經(jīng)過(guò)水中淬火硬化。

組件具有足夠的抵抗力，使得淬火硬化和退火處理，特別是用于鋼的馬氏體轉(zhuǎn)化以及與銅和鋼之間的組件相關(guān)的應(yīng)力的消散，不會(huì)損壞所形成的組件。

此外，工藝形成的組件能夠從一個(gè)組件到另一個(gè)組件的出色熱傳遞。

此外，在銅和馬氏體不銹鋼之間不使用諸如現(xiàn)有技術(shù)中描述的那些中間材料，通過(guò)避免添加所述材料以及將所述材料涂覆和[敏感詞]兩個(gè)組件之間的操作，顯著降低了組件的生產(chǎn)成本。工藝還可以組裝任何尺寸或形狀的部件，例如體積可能大于1dm<3>銅和/或鋼厚度可達(dá)幾厘米。它還可以消除現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)困難，例如與處理大型或重型零件相關(guān)的困難，與在具有復(fù)雜形狀的零件上獲得規(guī)則厚度的中間材料相關(guān)的困難，與涂層的脆弱性相關(guān)的困難，例如撕裂片狀涂層， 使其定位精細(xì)，與涂層對(duì)劃痕的敏感性有關(guān)的困難等。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在裝配過(guò)程中加入至少一部分熱處理，以恢復(fù)馬氏體鋼的性能，所述部分至少包括將鋼置于溶液中并使其淬火硬化。這導(dǎo)致額外成本的降低，因?yàn)闊岬褥o壓室外組裝零件的后處理可能僅限于旨在軟化鋼的退火。

例如，可應(yīng)用于在高溫下操作的金屬零件的生產(chǎn)，其中馬氏體不銹鋼部分在磨損，腐蝕或機(jī)械阻力方面發(fā)揮作用，而銅部分充當(dāng)熱阱，從而使零件冷卻。

此外，還涉及一種生產(chǎn)包含馬氏體不銹鋼部件的雙金屬部件的方法，該工藝包括用含有銅的部件組裝。

所述工藝可用于例如生產(chǎn)雙金屬零件，例如用于玻璃工業(yè)的模具、連續(xù)金屬帶流鑄輥、非循環(huán)或單極液冷發(fā)生器、X射線管等，特別是具有與本發(fā)明相關(guān)的上述所有優(yōu)點(diǎn)。還涉及一種生產(chǎn)雙金屬部件的方法，該部件包括馬氏體不銹鋼部件與包括銅的部件組裝在一起，所述工藝包括以下順序：

包括對(duì)要組裝的馬氏體不銹鋼部件的表面進(jìn)行脫脂和剝離的步驟，

該步驟包括在馬氏體不銹鋼部件的脫脂和剝離表面上沉積由銅直接接觸的合金粉末，

包括壓實(shí)沉積在所述脫脂和剝離表面上的銅粉末以形成包含銅的組件的步驟，其表面與脫脂和剝離表面直接接觸，并且

該步驟包括對(duì)直接接觸的部件表面進(jìn)行擴(kuò)散焊接組件。

包括對(duì)馬氏體不銹鋼部件表面進(jìn)行脫脂和剝離的步驟可以例如與上述步驟相同。

擴(kuò)散焊接裝配步驟可包括通過(guò)熱等靜壓或如上所述的單軸壓制進(jìn)行擴(kuò)散焊接。如果需要，所述步驟可以遵循由對(duì)組裝的馬氏體不銹鋼進(jìn)行退火處理的步驟。

根據(jù)該工藝，擴(kuò)散焊接組件可以有利地通過(guò)使用粉末而通過(guò)熱等靜壓來(lái)執(zhí)行，并且并且，例如，在復(fù)雜形狀的馬氏體不銹鋼部件的情況下。在這種情況下，包括沉積包含與馬氏體不銹鋼部件直接接觸的銅的合金粉末的步驟可以例如在諸如上述的外殼中進(jìn)行。

所述步驟例如可以包括在外殼中放置一個(gè)或多個(gè)馬氏體不銹鋼部件，并在所述套管中填充含有銅的合金粉末，使得鋼部件完全被所述粉末包圍，根據(jù)要生產(chǎn)的雙金屬部件，在其一個(gè)或所有表面上直接接觸。

在壓實(shí)步驟之前，套管進(jìn)行脫氣，如上所述，并且所述脫氣可持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)天，例如兩天。

根據(jù)該方法，銅合金粉末可以是由諸如上述的那些銅合金的顆粒組成的粉末，所述顆?？赡芫哂欣?μm至1mm的直徑，這取決于期望的結(jié)果。

因此，該工藝使得能夠壓實(shí)銅粉并同時(shí)用馬氏體不銹鋼對(duì)所述粉末進(jìn)行擴(kuò)散焊接，而當(dāng)像現(xiàn)有技術(shù)一樣應(yīng)用中間材料時(shí)，這是困難的。

該工藝還具有使得能夠獲得雙金屬零件的優(yōu)點(diǎn)，該零件包括通常通過(guò)粉末冶金獲得的銅合金制成的零件。在裝配過(guò)程中粉末的致密化避免了使用先前致密化的銅部件，從而節(jié)省了部件致密化和加工成本。