[發明專利]應用于高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的材料及方法

有效

• 申請號: 201210143238.0
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102676904A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 翟秋亞;田健;徐錦鋒
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;B22D11/06;B23K35/30;B23K11/11
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種應用于高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的高熵中間層合金，本發明還涉及一種應用高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的方法。

背景技術

鈦及其合金比強度高，耐蝕性能好，是重要的宇航結構材料。但因鈦金屬價格較高，限制了其進一步的發展應用。鋼的價格低廉，具有良好的熱電性能及力學性能。在某些情況下，需要兼有鈦合金與不銹鋼的優良特性的異種材料連接件，如核動力裝置中核燃料后處理設備中的某些零件、衛星燃料噴注器及姿態推動控制系統中的部件等，近來又在嘗試用作海洋結構件如跨海大橋的橋柱及超大型浮式海洋結構的防腐蝕襯板，襯板幾乎都是用鈦包覆鋼。鈦-鋼復合結構價格相當于鈦材的25~35％。鈦-鋼復合結構既充分發揮基層和覆層各自材料的優點，也是節約貴金屬最好的途徑，在提高材料利用率、減輕結構重量、降低成本等方面具有明顯的社會效應和經濟效應，具有廣闊的應用前景。

然而，鈦-鋼復合結構的應用勢必涉及到鈦與鋼的焊接問題。由于鈦和鋼之間的線膨脹系數、熱導率等物理和化學性能存在較大差異，焊接過程中極易形成裂紋，焊縫形成大量硬脆的金屬間化合物（TiFe、TiFe₂、NiTi、TiCr）及鈦與碳生成脆性化合物TiC，焊接接頭強度較低。鈦與鋼的焊接難度較大，鈦/鋼焊接難題多年來一直未能得到有效地解決，制約了鈦-鋼復合結構在工程領域的推廣及廣泛應用。

目前，用于鈦/鋼焊接的主要方法是熔化焊、壓力焊(包括擴散焊和爆炸焊)和釬焊，這幾種方法均能將鈦/鋼焊在一起，但上述方法或因焊接工藝很難控制、或因脆性金屬間化合物導致接頭性能不佳，而使其不能廣泛應用于工業生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用于高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的高熵中間層合金，解決了現有焊接方法易形成硬脆的金屬間化合物，不易于獲得高性能的鈦-鋼復合結構的問題。

本發明的第二個目的在于提供一種高熵中間層合金的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種應用高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的方法。

本發明所采用的技術方案是，一種應用于高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的高熵中間層合金，由以下組分按原子百分比組成，Ti為5~10%，Fe為5~10%，Al為25~30%，Ni為15~20%，Cu為30~35%，Cr為5~10%，合計為100%。

本發明所采用的第二個技術方案是，一種上述的高熵中間層合金的制備方法，按照以下步驟實施：

步驟1、利用真空電弧爐熔配母合金

1.1）按照以下組分的原子百分比配制，Ti為5~10%，Fe為5~10%，Al為25~30%，Ni為15~20%，Cu為30~35%，Cr為5~10%，合計為100%；將高熵中間層合金組分的原子百分比換算成質量百分比，按質量百分比稱量好各種高純金屬，混勻、壓實成坯待用；

1.2將步驟1.1制成的坯料在超高真空電弧爐中進行熔配，制得母合金；步驟2、應用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5-7m/s，將步驟1.2得到的母合金制備成高熵中間層合金箔材，即成。

本發明所采用的第三個技術方案是，一種應用高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的方法，在待焊板材TA2與0Cr18Ni9Ti之間放置高熵中間層合金，該高熵中間層合金采用箔材折疊結構，通過電阻點焊方式，使得界面電阻熱熔化高熵中間層合金及局部母材，實現TA2/0Cr18Ni9Ti的焊接。本發明的有益效果是，具有優良的強度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦-鋼復合結構，易于加工成型，便于焊接裝配；該高熵中間層合金的制備步驟簡單，制作成本低；采用中間層高熵效應合金電阻焊方法，焊接過程方便易行，焊接對象適應性廣。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明應用于高熵效應焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的高熵中間層合金，由以下組分按原子百分比組成：Ti為5~10%，Fe為5~10%，Al為25~30%，Ni為15~20%，Cu為30~35%，Cr為5~10%，合計為100%。該高熵中間層合金本身為高熵合金，其熔點高于母材，與傳統電阻釬料原理不同，焊后所形成的焊縫金屬亦為高熵合金，只是焊縫中的Ti、Fe含量顯著高于高熵中間層合金初始值，該高熵中間層合金形成的焊縫基本上消除脆性金屬間化合物，接頭性能較高。