钨、钼及其合金的钎焊技术

当不要求钨、钼零件在高温条件下工作，或者钨、钼零件与熔点较低的金属（如铜、铜合金、铁、镍等）钎焊时，可以用一些常规钎料，如铜磷钎料、银钎料（见表8-13）。用这些钎料钎焊时，钎焊温度较低，不超过钨、钼的再结晶温度，不会影响母材的力学性能；用这些钎料钎焊时，可在空气中进行，但必须使用钎剂来去除钎焊过程中形成的氧化物。铜磷钎料只能用于钨、钼与铜、铜合金、银等材料的钎焊，不能用于钨、钼与钢的钎焊，因为钎料中的磷与铁会发生反应，使钎焊接头变得很脆。用银钎料可以实现钨、钼与铜、银、钢、镍、不锈钢和可伐合金等材料的连接。用铜磷钎料和银钎料时，由于钎料中的银、铜等元素与钨、钼的反应能力很弱，钎料在母材上的润湿性差，钎焊接头的强度也不高。为了提高钎料的润湿性和钎焊接头强度，钨、钼表面最好镀铜或镀镍。

表8-13 钨、钼及其合金用钎料（熔点低于1000℃）Table 8-13 Filler metals for brazing tungsten，molybdenum and their alloys（below 1000℃）

表8-13中序号1～6的钎料可以在空气中钎焊，采用适当的钎剂，如102钎剂。因钎料中含磷、锌等易挥发元素，不适宜于在保护气氛或真空中钎焊。基于同样理由，用这些钎料钎焊的零件，不适于在真空环境条件下工作。

序号7～13的钎料不含易挥发元素，钎料的熔点也比较高。为了防止空气与母材的反应，用这些钎料钎焊时，应在氢、氩气或真空下进行。氢气保护效果最好，因为氢能还原母材表面的氧化物。

序号8～10的钎料中的钯有利于钎料在钨、钼合金表面铺展。

用表8～13所述钎料钎焊钨、钼及其合金时，由于钎焊温度低于钨、钼及其合金的再结晶温度，因此不会损害母材的力学性能。

在某些应用场合，钨和钼及其合金的部件需要在高温条件下服役，因此必须用高温钎料钎焊。表8-14列出了高温钎焊钨、钼及其合金用钎料。这些钎料有的是纯金属、有的是合金，根据使用条件的不同选择相应的钎料。由于钎焊在高温下进行，为了防止氧、氮等气体对母材的不良反应，钎焊应在真空和保护气氛下进行。

高温钎焊时，必须考虑以下几点：

1）再结晶温度。纯钨的再结晶约为1100℃，纯钼的再结晶温度约为1200℃，钨合金和钼合金的再结晶温度可能有所提高。如果钎焊温度高于母材的再结晶温度，则钎焊保温时间要尽量缩短，以免母材晶粒过度长大，从而降低其塑性。如母材选用TZM（Mo-0.5Ti-0.072Zr）来代替纯钼，则由于TZM再结晶温度的提高，情况要好的得多。

2）钎料与母材的反应。高温钎焊时，钎料与母材可能发生反应，从而在晶面处形成一层连续的金属间化合物，或者发生钎料向母材晶间渗入的现象，这些现象均能使钎焊接头发脆，降低其承载能力。例如，用镍基钎料钎焊难熔金属和合金时，虽然钎料具有优良的工艺性能，但镍基钎料同钨或钼发生反应，容易产生上述现象。为了减少金属间化合物和晶间渗入的产生，应尽量降低钎焊温度，缩短钎焊保温时间和使用最少的钎料。

3）服役温度。有些难熔金属零件必须在很高温度下工作，选用的钎料应满足工作环境的要求。钎焊材料在高温下的性质较差，常常是阻碍这种连接方法应用的主要障碍。

表8-14 高温钎焊钨、钼及其合金用钎料Table 8-14 Filler metals for high temperature brazing tungsten，molybdenum and their alloys

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用活性钎料钎焊时，钎料具有很好工艺性能。活性钎料的成分和熔化温度见表8-15。

表8-15 活性钎料的成分和熔化温度Table 8-15 Compositions and melting temperature of active filler metals

对Mo-0.5Ti合金来说，开发了两种二元合金钎料：V-35Nb和Ti-30V。这两种钎料的钎焊温度分别为1649℃和1870℃，钎料的润湿性很好，不会同钼合金产生不良的冶金反应；钼合金向钎料的溶解小，不会产生熔蚀等缺欠。钎焊接头可满足高温工作的要求。

此外，又研究了抗碱金属腐蚀性能好的Ta-V-Nb和Ta-V-Ti钎料。这些钎料的成分、钎焊接头的抗剪强度见表8-16，母材为TZM（Mo-0.5Ti-0.07Zr）钼合金。

表8-16 Ta-V-Nb和Ta-V-Ti钎料钎焊的TZM（Mo-0.5Ti-0.07Zr）合金的接头抗剪强度Table 8-16 Joint strength of TZM（Mo-0.5Ti-0.07Zr）alloy brazed with Ta-V-Nb and Ta-V-Ti brazing alloys

用Pt-B和Ir-B钎料钎焊的钨接头可在1927℃温度下服役；用W-25Mo-5Re或W-50Mo-3Re钎料电弧钎焊的钨零件可以在2499℃的反应堆中服役。

有关钨钎焊接头高温性能的报道极少。

用Nb-2.2B钎料真空钎焊的钨接头，在1649℃下的抗剪强度为35MPa，在1371℃下的抗剪强度为55.5MPa；用Nb-20Ti钎料真空钎焊的钨接头，在上述两种试验温度下的抗剪强度降低到21MPa。Nb-20Ti钎料与Nb-2.2B钎料相比，接头抗剪强度下降的原因是Nb-20Ti钎料对钨的润湿性和流动性比Ni-2.2B钎料差。

另外一种方法是采用扩散钎焊来提高钎焊头的重熔温度，从而满足零件高温服役的条件。例如，用Ti或Ti-30V钎焊钼，Ti的熔点为1668℃，Ti_-30V的熔点为1160℃。可是用钛和Ti-30V分别在1677～1760℃下扩散钎焊的钼接头的重熔温度高于2093℃。用33Zr-34Ti-33V钎料在1427℃下扩散钎焊的钼接头的重熔温度高于1760℃。由此可见，用Ti和Ti-30V钎焊扩散钎焊的钼接头的服役温度可达1649℃。

用Ti-8.5Si钎料在1330℃下钎焊钼时，具有极好的工艺性能。钎料对钼的润湿性很好，形成极好的圆角，接头无裂纹，塑性也较好。在此钎料中加入钼粉，在1480℃下钎焊，由于钼粉与钎料的扩散反应，提高了接头的重熔温度。例如，用加钼粉的Ti-8.5Si钎料在1400℃下成功地钎焊了TZM（Ti-0.5Ti-0.07Zr）钼合金；用加钼粉的Ti-25Cr-13Ni钎料在1260℃下钎焊的TZM接头，其重熔温度达到1710℃。

钎焊钨时也可采用扩散钎焊的方法来提高接头的重熔温度。例如，用Pt-4.5B钎料可在低于钨的再结晶温度下进行。若在1093℃下钎焊，再扩散处理3h，钨接头的重熔温度可达到2038℃。如果在钎料中加入钨粉，接头的重熔温度还可以提高一些。例如，在Pt-3.6B钎料中添加11%钨粉，再在上述扩散钎焊温度下进行，接头的重熔温度可升高到2171℃。