[發明專利]碳/碳復合材料與鎳基高溫合金的部分瞬間液相連接方法

有效

• 申請號: 201310064825.5
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103183520A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 史小紅;張鑫;盧棉花;李賀軍;李克智
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種異種材料的連接方法，具體為碳/碳復合材料與鎳基高溫合金的連接方法。

背景技術

碳/碳復合材料是一種戰略性的高溫結構材料，具有低密度、高比強度、低膨脹系數、良好的高溫性能、抗燒蝕、耐腐蝕等有優異性能，在航空、航天、汽車及核能等領域有廣闊應用。但是，由于碳/碳復合材料自身的脆性、難以加工成復雜部件且生產成本高，限制了其應用。因此，有必要將碳/碳復合材料與金屬進行連接，以同時發揮兩者的性能優勢，從而節約材料、降低成本。鎳基高溫合金被稱為發動機的心臟，廣泛應用于航空、航天工業。鎳基高溫合金的工作溫度為900℃左右，目前在航空、航天工業中主要應用于渦輪發動機的高溫部件，如燃燒室的火焰筒、點火器、葉片、殼體及渦輪燃氣導管等。

目前，關于碳/碳復合材料與鎳基高溫合金連接的研究并不多，所用連接方法有釬焊、粘接、擴散焊。碳/碳復合材料與鎳基高溫合金連接的難度在于：（1）兩者的物理化學性質相差大、相容性差、界面結合差，碳/碳復合材料的界面難以潤濕；（2）兩者在焊接過程中產生的熱應力很大，從而削弱了接頭的性能。

文獻1“C/C復合材料與鎳基高溫合金連接接頭的力學性能和微觀結構，郭領軍，郭琛，李賀軍，李克智。稀有材料與工程，2011，40(1):111-114”提出一種碳/碳復合材料與鎳基高溫合金連接的熱壓連接方法，該方法的連接壓力大，，其剪切強度最高僅為12.6MPa。

文獻2“鎢酚醛樹脂連接炭/炭復合材料的工藝研究，席琛，李賀軍，李克智。炭素技術，2005，24（2）：17-20”提出一種碳/碳復合材料的粘接連接方法，所得接頭的強度可達16.1MPa，但其高溫性能差、使用溫度低且強度分散。

文獻3“碳/碳復合材料與鎳基高溫合金K24的釬焊研究，王林，王開坤，郭偉，朱穎，曲平，康慧，賴慶林。第十六次全國焊接學術會議論文摘要集”提出一種碳/碳復合材料與鎳基高溫合金的釬焊方法，該方法工藝簡單，但對釬料要求較高，且所得接頭的強度不高。

部分瞬間液相連接法結合了擴散焊與釬焊的優勢，連接溫度低、需要的壓力很小甚至不需要壓力、工藝簡單且接頭的機械性能較好。本發明所用的部分瞬間液相連接法，以軟金屬為中間層，在一定溫度產生液相潤濕母材表面填充毛細間隙，形成致密的連接界面，同時有效緩解熱應力，從而提高接頭的剪切性能。

發明內容

為解決碳/碳復合材料與鎳基高溫合金難以連接的技術問題，本發明提出一種碳/碳復合材料與鎳基高溫合金的部分瞬間液相連接方法。

一種碳/碳復合材料與鎳基高溫合金的部分瞬間液相連接方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：采用無水乙醇清洗碳/碳復合材料和鎳基高溫合金的連接面，在80～120℃的烘箱中烘干；

步驟2：將厚度為30μm的Ti箔和Ni箔的表面氧化膜打磨掉并清洗，將厚度為400μm的Cu箔進行酸洗，對所有箔片進行干燥；

步驟3：將箔片按Ti箔/Ni箔/Cu箔/Ni箔的順序置于碳/碳復合材料的待連接面上，再將待連接的鎳基高溫合金放置在鎳箔上，形成碳/碳復合材料/Ti箔/Ni箔/Cu箔/Ni箔/鎳基高溫合金的夾心結構，然后固定此結構并將其置于真空熱壓爐中，抽真空使得真空熱壓爐爐膛中的真空度低于10^-2Pa；

步驟4：以10～15℃/min的升溫速度，將真空熱壓爐爐膛溫度由室溫升到850℃并保溫30min，進行第一次部分瞬間液相連接，實現金屬界面間的連接；

步驟5：再以4～8℃/min的升溫速度繼續升溫到890～1030℃，然后保溫25～40min進行第二次部分瞬間液相連接，實現碳/碳復合材料與中間層的連接；

步驟6：以2～5℃/min的降溫速度程序降溫到600℃，然后讓真空熱壓爐自然冷卻至室溫。

在步驟3置于真空熱壓爐后抽真空之前，先行預熱。

所述預熱時間為50min。

在步驟3抽真空使得真空熱壓爐爐膛中的真空度低于10^-2Pa時保真空60min。

所述步驟4：以10～15℃/min的升溫速度，當溫度升到800℃時，進行加壓5min，所施加壓力為4.5MPa，加壓完畢后將壓力釋放為0MPa；將真空熱壓爐爐膛溫度由室溫升到850℃并保溫30min，進行第一次部分瞬間液相連接，實現金屬界面間的連接。