[發明專利]釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法

無效

• 申請號: 201110340521.8
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102430874A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 夏志東;高勇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;B23K35/40
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王秀麗

技術領域

本發明涉及一種鈦基材料，尤其是一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法。

背景技術

隨著鈦和鈦基合金、鋯合金、功能陶瓷等新型材料在航空航天上的應用越來越廣泛，釬焊連接在復雜結構件和精密件的制備過程中表現出突出的優勢。在這些材料的釬焊過程中，鈦基釬料由于其抗氧化，抗腐蝕，接頭性能良好等優點而被廣泛使用。目前已經形成了Ti-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu，Ti-Zr-Ni，Ti-Zr-Be，Ti-Zr-Cu-Ni等三元和四元體系的鈦基釬料。鈦元素的化學性質活潑，在高溫條件下可與很多元素反應并形成脆性金屬間化合物，由于鈦基釬料中常含有較多的Cu和Ni元素，對于鈦合金而言屬于活性β穩定元素，其主要作用是降低釬料的液相線溫度，但在釬焊過程中這些元素易于加快鈦合金共析轉變速度，使得共析反應后釬焊接頭中脆性相含量較高并局部富集，從而使接頭的性能降低。此外，由于大多數鈦基釬料都含有共晶組織成分，其釬料本身具有明顯的脆性，采用真空或氬氣保護條件下急冷快淬技術并進行后處理，可以獲得成分均勻的粉末釬料，但在復雜結構件和精密件的預裝配和施焊過程中，其應用將受到極大的限制。

在粉末釬料制備方面，為了獲得成分均勻、工藝性能好的鈦基合金釬料粉末，中國專利CN?1695877A(申請日2005年6月27日，公開日2005年11月16日)針對國內加工設備的現狀，提出了一種采用急冷技術制備Ti-Zr-Cu-Ni釬料粉末的方法。該方法是將配料經電弧熔煉后，采用快淬分散，得到針狀、片狀或帶狀的快淬體后進行晶化處理，通過機械研磨獲得釬料粉末。該方法針對鈦基合金釬料的脆性，選擇粉末制備方法較為合理。但是該釬料并未對合金系的脆性特點進行成分控制，而是直接利用其脆性制取粉末，其工藝步驟較為復雜。首先，將釬料合金進行熔煉，然后急冷再經機械研磨的三級步驟，由于鈦基釬料活性較強，這就對制備過程中每個環節尤其是在晶化過程的真空保持條件提出更高的要求。其次，粉末釬料在使用時時常需要與酒精或丙酮混合成膏狀使用，這在復雜結構件裝配中存在較大的局限性。

美國專利US?20100842406(申請日2010年7月23，公開日2011年5月3日)認為鈦基粉末釬料制備過程中Ti、Zr元素易發生氧化，在霧化法制備過程中易引入雜質，因此其在Ti-Zr-Ni(Cu)體系中直接摻入Zr基和Ti基粉末，并分析總結出兩者含量的較優配比范圍為8∶2～4∶6。該方法是利用機械式混合的方法制備，降低了熔煉和霧化過程的氧化，但其成分均勻性和粉末釬料使用條件的局限性依然存在。在復合層釬料制備方面，中國專利CN?101352787A(申請日2008年9月11日，公開日2009年1月28日)采用爆炸復合及軋制工藝，制取Ti-Cu-Ni和Ti-Zr-Cu鈦基復合釬料箔。該工藝主要針對Ti-Cu-Ni和Ti-Zr-Cu系釬料的脆性，采用純金屬爆炸復合的方法預制成三層復合板，后經軋制成所需釬料箔帶，避免了合金系脆性帶來的不利，使純金屬復合層的塑性特性得到充分利用。但是該釬料在釬焊熱循環過程中各組分在接頭中均勻性將受到影響，容易形成偏析和氣孔等缺陷，從而影響接頭性能。

為了改善釬料成分，文章《Ti-Zr-Cu-Ni-Co系新釬料的成分設計及TC4合金釬焊接頭的力學性能》(航空材料學報，2006年第26卷第1期，p59-62)針對俄羅斯型號鈦基釬料B∏P16(名義成分Ti-13Zr-21Cu-9Ni，wt％)進行了改善研究，將Cu和Ni的總量降低到約20％水平，同時加入少量元素Co元素，其液相線溫度高達923℃，與B∏P16釬料相比，其鋪展性能并未有明顯提高，剪切強度(333.9MPa)提高約20％。這種釬料將Cu和Ni的總量控制在較低的水平，將會嚴重降低釬料共晶組分降低熔點的功效，從而出現其在960℃/10min工藝條件下釬料與母材作用不明顯和中心殘留未熔透釬料的現象，如果升高釬焊溫度來促進釬料擴散又將超過鈦合金的β相轉變溫度導致母材性能下降。因此，釬料液相線溫度過高給釬焊工藝的設定和母材性能帶來不利影響，尤其是在β相轉變溫度較低鈦合金的應用中將受到很大的限制。