[發明專利]超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼的非晶釬焊工藝

無效

• 申請號: 201110440793.5
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102489816A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李亞江;李嘉寧;吳娜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20;B23K35/30;B23K103/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種疊層復合材料的釬焊工藝，尤其涉及超級鎳疊層復合材料與不銹鋼異種材料的非晶釬焊工藝，屬于材料焊接技術領域。

背景技術

隨著航空發動機推重比的提高，對高溫材料提出日益苛刻的要求。超級鎳疊層復合材料是由超級鎳復層與Ni-Cr合金基層通過真空壓制而成的一種新型材料，其中超級鎳復層厚度僅0.3～0.5mm，Ni-Cr合金基層厚度約為2.0mm。Ni-Cr合金具有低密度、高強度等優勢；超級鎳復層具有良好的高溫抗氧化性和韌性，可以作為韌化元素降低Ni-Cr合金變形時的流變應力和局部流變系數，抑制微裂紋擴展。超級鎳疊層復合材料具有低密度以及良好的高溫抗氧化性、高溫強度，為航空航天、能源動力、石油化工等領域熱端部件的發展提供光明前景。

中國發明專利申請ZL201010518504.4，公開了一種采用膏狀Ni-Cr-Si-B鎳基釬料實現超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼連接的高溫釬焊工藝。調制Ni-Cr-Si-B鎳基釬料時，需要加入黏結劑。黏結劑在釬焊過程中受熱揮發，容易形成氣孔。膏狀Ni-Cr-Si-B鎳基釬料是晶態釬料，組織不是單一相，加熱過程中低熔點組分容易與高熔點組分分離，引起成分偏析。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼的非晶釬焊工藝，該工藝采用箔狀Ni-Cr-Si-B非晶釬料作為填充金屬，不需添加黏結劑。非晶釬料成分和組織均勻，在加熱過程中幾乎同時熔化、鋪展，比晶態釬料的潤濕性好，能夠獲得成形良好、無裂紋的超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼的高溫釬焊接頭，滿足超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼復合結構的高溫使用要求。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼的非晶釬焊工藝，步驟如下：

(1)焊前對超級鎳疊層復合材料和Cr18-Ni8不銹鋼待連接表面、Ni-Cr-Si-B非晶釬料表面進行清理，除去表面的油污和氧化膜，并進行干燥處理；

(2)將箔狀Ni-Cr-Si-B非晶釬料夾在超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼待連接件之間，并用不銹鋼工裝板夾緊、固定，形成待釬焊件；

(3)將上述裝配好箔狀Ni-Cr-Si-B非晶釬料的超級鎳疊層復合材料與Cr18-Ni8不銹鋼待連接件放入真空加熱爐中進行真空釬焊，釬焊溫度為1060～1230℃，保溫時間10～25min；

(4)采用循環水將真空室溫度冷卻至100℃以下時將釬焊件取出。

所述步驟(1)中可根據待連接件的尺寸，預先將箔狀釬料沖剪成相應的形狀，能夠準確控制釬料用量，并且能夠防止液態釬料溢出，成形美觀。

所述步驟(1)中，超級鎳疊層復合材料、Cr18-Ni8不銹鋼和非晶箔狀釬料表面油污的去除方法是：

把超級鎳疊層復合材料、Cr18-Ni8不銹鋼和非晶箔狀釬料分別置于丙酮溶液中超聲清洗2～5min，然后用清水沖洗，烘干；

所述步驟(1)中，超級鎳疊層復合材料、Cr18-Ni8不銹鋼和非晶箔狀釬料表面氧化膜的去除方法是：

小批量生產時，用砂紙打磨表面至出現金屬光澤，然后用酒精沖洗、吹干；所用的砂紙表面太粗糙或太光滑都不利于釬料擴散和鋪展，推薦選用600～1200#的砂紙；

或：大批量生產時，用化學浸蝕的方法除去表面的氧化膜，即：把超級鎳疊層復合材料、Cr18-Ni8不銹鋼和非晶箔狀釬料置于HNO₃含量為10％、H₂SO₄含量為6％、HF含量為50g/L(均為體積百分比)的水溶液中，在20℃條件下浸蝕5～10min，取出用60～70℃熱水沖洗后烘干。

上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均為常規技術，不屬于本發明的發明點，在此不做過多的描述。

所述步驟(1)、(2)或(3)中，Ni-Cr-Si-B非晶釬料的化學成分為：Cr?6.5～7.5％，Si3.0～5.0％，B?2.7～3.5％，Fe?2.5～3.0％，C≤0.02％，Ni余量，以質量百分比計。所述Ni-Cr-Si-B非晶釬料的固相線溫度為972℃，液相線溫度為1000℃。

所述步驟(3)中，在加熱過程中，為防止試樣產生裂紋應控制升溫速度在10～20℃/min，并設置幾個保溫平臺使真空室內部和釬焊件溫度均勻。特別是厚度較大的釬焊件，要適當延長保溫平臺和釬焊過程的保溫時間、降低冷卻速度。