[發(fā)明專利]一種C/C復(fù)合材料和鎳基高溫合金的高溫釬焊連接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310314846.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN103408317A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史小紅;張?chǎng)?/a>;盧錦華;李賀軍;李克智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B37/02
• 分類號(hào): C04B37/02;C04B41/87
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料與金屬的釬焊連接方法，具體為C/C復(fù)合材料與鎳基高溫合金的釬焊連接方法。

背景技術(shù)

C/C復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、良好的高溫性能、抗燒蝕、耐腐蝕等優(yōu)異性能，被廣泛地應(yīng)用在航空、航天、汽車及核能等領(lǐng)域。但是，C/C復(fù)合材料自身的脆性、難以加工成復(fù)雜的大部件且生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，都限制了其應(yīng)用。因此，在許多場(chǎng)合有必要將C/C復(fù)合材料與金屬進(jìn)行連接。

高溫鎳基合金是目前在航空領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的一種高溫合金，它在中、高溫度下具有優(yōu)異綜合性能，如具有較高的強(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g性能。GH3044工作溫度為900℃，目前在航天航空工業(yè)部門中主要應(yīng)用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件，如燃燒室的火焰筒、葉片、殼體及渦輪燃?xì)鈱?dǎo)管等。但鎳基合金的密度（ρ=8.89g/cm³)約為C/C復(fù)合材料（ρ=1.70g/cm³)的四倍，這將增加飛行器的重量，進(jìn)而增加生產(chǎn)成本。如果能將鎳基合金與C/C復(fù)合材料進(jìn)行連接，不僅可以發(fā)揮兩種材料的優(yōu)異性能，還可減輕飛行器的重量，滿足快速、輕捷及降低設(shè)計(jì)成本的目的。

目前，關(guān)于C/C復(fù)合材料與鎳基高溫合金連接的研究并不多，所用連接方法主要有釬焊和擴(kuò)散焊。C/C復(fù)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(xué)性質(zhì)相差大、化學(xué)相容性差、鎳基合金難以潤(rùn)濕C/C復(fù)合材料的界面；（2）鎳合金的熱膨脹系數(shù)（12.5-16.3×10^-6/K,20-1000℃)與C/C復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)（0-2.2×10^-6/K,20-2000℃）相差太大，導(dǎo)致接頭在冷卻過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，誘導(dǎo)裂紋在接頭連接界面或界面附近產(chǎn)生，最終導(dǎo)致接頭過早失效斷裂。

文獻(xiàn)1“A?novel?approach?to?brazing?C/C?composite?to?Ni-based?supperalloy?using?alumina?interlayer,Yuanxun?Shen,Zhenglin?Li,Chuanyong?Hao,Jinsong?Zhang.Journal?of?the?European?Society,2012，32（1）：1769-1774”提出一種以AgCu釬料為中間層連接C/C復(fù)合材料與鎳基合金的方法，該方法所獲得的接頭的彎曲強(qiáng)度僅為16MPa，且中間層與C/C復(fù)合材料的界面處存在明顯的裂紋。

文獻(xiàn)2“用Ni-Ti粉末做中間層連接C/C復(fù)合材料和GH3128鎳基高溫合金(英文)，郭領(lǐng)軍，李賀軍，郭琛，李克智，馮濤。稀有金屬材料與工程，2011，40（12）：2088-2091”公開了一種碳/復(fù)合材料與鎳基合金的熱壓連接方法，指出在C/C復(fù)合材料表面制備SiC涂層，不僅可以改善C/C復(fù)合材料對(duì)Ni-Ti中間層連結(jié)材料的潤(rùn)濕性，而且還有效緩解C/C復(fù)合材料與GH3128連接界面因熱膨脹不匹配而造成的熱應(yīng)力。經(jīng)過SiC涂層改性處理的連接接頭，其室溫剪切強(qiáng)度可達(dá)22.49MPa。

文獻(xiàn)3“Cr與B對(duì)鎳基高溫釬料在C_f／SiC陶瓷基復(fù)合材料上潤(rùn)濕性的影響，張勇，張國慶，何志勇，馮滌。焊接學(xué)報(bào)，2007,28（12）：93-96”指出Ni-Cr-Si系高溫釬料在3D-C_f／SiC上具有較好的潤(rùn)濕性，活性元素Cr通過與C_f／SiC發(fā)生界面反應(yīng)促進(jìn)潤(rùn)濕過程，當(dāng)Cr元素含量為19.5％時(shí)，鎳基釬料的潤(rùn)濕角為8.50。

連接前，在C/C復(fù)合材料表面制備SiC涂層，因SiC的熱膨脹系數(shù)介于C/C復(fù)合材料與鎳基高溫合金之間，可以起到梯度過渡的作用，能有效緩解C/C復(fù)合材料與GH3128連接界面因熱膨脹不匹配而造成的熱應(yīng)力。選取Cr含量為19%的Ni71CrSi鎳基釬料，通過Cr元素與SiC涂層發(fā)生潤(rùn)濕反應(yīng)生成Ni-Si和C-Cr化合物提高界面的結(jié)合能，以達(dá)到提高接頭強(qiáng)度的目的。

發(fā)明內(nèi)容

為解決C/C復(fù)合材料與鎳基高溫合金難以連接的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種C/C復(fù)合材料與鎳基高溫合金的釬焊連接方法，且獲得的接頭的剪切強(qiáng)度較高。

本發(fā)明提出的C/C復(fù)合材料和鎳基高溫合金的高溫釬焊連接方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟1、將C/C復(fù)合材料打磨拋光，在無水乙醇中超聲波清洗，放入烘箱中烘干備用；

步驟2、利用包埋法在C/C復(fù)合材料表面制備SiC涂層；

步驟3、將C/C復(fù)合材料與鎳基合金的釬焊連接，具體過程如下：