[發明專利]一種采用TiZrNiCu+B復合釬料連接Ti60與TiBw/TC4的方法

有效

• 申請號: 201610092721.9
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105499735B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 宋曉國;張特;付偉;劉多;胡勝鵬;曹健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 威海科星專利事務所37202
• 代理人: 王元生

技術領域

本發明涉及一種復合釬料的開發并將其應用于釬焊中實現釬焊接頭的高強度連接，具體地說是一種采用TiZrNiCu+B復合釬料連接Ti60與TiB_w/TC4復合材料的方法。

背景技術

我們知道，相較于傳統釬料，復合釬料有以下幾個方面的優勢。其一，由于添加的增強相熔點高、強度大，可以通過復合效應起到增強釬料強度的作用；其二，在釬焊過程中增強相并不熔化，它在焊縫中形成具有毛細作用的框架結構，利于釬料潤濕鋪展能力的提升；其三，由于添加相的熱膨脹系數一般較釬料低很多，所以添加相的加入能夠明顯地降低釬料體系的熱膨脹系數，從而實現對接頭中殘余熱應力的緩解，提升接頭力學性能。

盡管復合釬料具有許多傳統釬料無法比擬的優點，但因顆粒或纖維狀的增強相在向釬料中添加前是已制備好的，最終接頭中增強相的尺寸將受最初粒度的限制，一般是微米級甚至毫米級。另外，還存在直接添加的增強相易在接頭中產生偏聚、增強相與基體之間不易潤濕、生產成本較高等問題。

原位自生技術是在釬焊過程中通過控制混合物粉末中元素與元素之間的化學反應以及熔體的生長，原位生成增強相，從而實現對基體材料增強。由于反應合成的增強相內生于基體中，不僅增強相與基體之間具有較好的相容性，而且還避免了外加增強相的污染問題和增強相與基體界面之間的化學反應問題。并且原位自生增強相的尺寸可受釬焊工藝控制，在基體中的分布均勻。TiB晶須是一種可通過原位自生合成的非常具有前景的增強相，目前，關于其在釬焊中的應用還較少，很具有研究價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單，采用TiZrNiCu+B復合釬料，實現Ti60與TiBw/TC4復合材料可靠連接的方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種采用TiZrNiCu+B復合釬料連接Ti60與TiBw/TC4的方法，其特征在于步驟如下：

（一）、將Ti60和TiBw/TC4復合材料進行機械加工，得到待連接的Ti60和TiBw/TC4復合材料；

（二）、將步驟（一）得到的待連接的Ti60與TiBw/TC4復合材料的連接面采用砂紙打磨后拋光，再將Ti60與TiBw/TC4復合材料的連接面放入丙酮溶液中超聲清洗5min~30min；

（三）、將TiZrNiCu+B復合釬料均勻鋪于待連接的Ti60與TiBw/TC4復合材料的連接面之間，裝配成Ti60 /TiZrNiCu+B復合釬料/ TiBw/TC4復合材料依次疊加的裝配件；其中控制TiZrNiCu+B復合釬料粉層厚度為50~100μm；所述TiZrNiCu+B復合釬料中B含量為0.5%~3%；

（四）將步驟（三）得到的裝配件放置在真空加熱爐中，抽真空，當真空度達到(1.3~2.0)×10^-5 Pa 時，再通電加熱，控制升溫速度為10~30℃/min，升溫至900℃~1060℃，然后保溫為0min ~30min，再冷卻，控制冷卻速度為3℃/min~10℃/min，冷卻至600℃后，再隨爐冷卻，即完成采用TiZrNiCu+B復合釬料對Ti60與TiBw/TC4的釬焊連接。

進一步，所述步驟（二）中超聲清洗的時間為15min。

進一步，所述TiZrNiCu+B復合釬料中B含量為1%~2%。

進一步，所述步驟（四）中真空加熱爐真空度到達1.5×10^-5 Pa時，再通電加熱，控制升溫速度為10℃/min，升溫至940℃，保溫時間為10min，冷卻速度為5℃/min。

本發明采用上述技術方案，能夠實現Ti60與TiBw/TC4復合材料接頭的連接。首先，Ti與Zr、Ni和Cu等元素反應形成化合物，實現冶金連接；其次，活性元素Ti與B在高溫下反應生成了TiB晶須增強相，從一定程度上提高了接頭的力學性能，特別是釬料中添加B粉通過原位反應生成增強相對釬縫起到增強作用。通過控制釬焊溫度(900℃~1060℃)和保溫時間(0min ~30min)，實現對TiB合成量多少以及反應層分布的控制，進而控制釬焊接頭的顯微組織和力學性能，成功實現了Ti60與TiB_w/TC4復合材料的連接，獲得的接頭完整致密，無裂紋等缺陷，經測試，接頭的室溫平均剪切強度達到368.8MPa，本發明主要應用于將較小尺寸或形狀簡單的Ti60與TiB_w/TC4復合材料零部件連接起來，以獲得較大尺寸或形狀復雜的構件，能有效提高釬焊接頭的抗剪切強度，具有極大的應用前景。