[發明專利]一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用

有效

• 申請號: 201610179946.8
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105598543B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 劉紀德;李金國;孫元;李博;金濤;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術領域

本發明涉及高溫合金和不銹鋼連接技術領域，具體涉及一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用，該中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接。

背景技術

現代工業生產中大量使用到高溫合金和不銹鋼材料，在這些材料的應用過程中，不僅僅要考慮材料本身的強度等制備，同時也往往需要解決這些材料的焊接問題。但是由于高溫合金和不銹鋼材料的合金化程度較高，往往含有較多的合金元素，導致這些材料的焊接性能極差，產生焊接冷、熱裂紋的傾向性較高，嚴重影響了構件的正常使用。目前，高合金化合金的焊接往往采用真空釬焊的方法。釬焊材料的設計是釬焊的關鍵。

目前使用的釬料都為粉末釬料，這種釬料在使用時必須與一定量的粘結劑混合，以實現其成型，但由于有粘結劑的揮發，難以避免會在焊縫中形成氣孔等缺陷；釬料合金的另一種成型方法是甩帶法制備的非晶箔帶，但這種方法對合金成分控制要求較高，復雜體系的合金很難成型出規則形狀的非晶帶。另外，目前釬料中較高含量的硼、硅和磷等元素，也嚴重影響了焊接強度。

隨著鎳基單晶高溫合金材料的應用推廣，與其相關的加工技術也越來越引起重視，尤其是單晶合金的焊接問題。由于鎳基單晶高溫合金含有大量的合金元素，尤其是鋁、鈦等，使得該種合金的熔焊性能很差，容易產生冷熱裂紋，因此該種合金主要采用瞬間液相連接的方法進行焊接。

瞬間液相擴散連接(TLP)方法對采用的釬料合金要求極高，如果釬料合金的成分設計不合理，一方面會導致連接溫度很高(通常超過1280℃)，這容易導致母材共晶相發生液化，影響材料使用壽命；另一方面，普通的釬料合金成分復雜，導致連接時間很長(通常超過48h)，生產效率極低，嚴重制約了瞬間液相連接技術的推廣應用。

發明內容

為了解決目前使用的粉末釬料合金存在的氣孔缺陷、強度低等問題，本發明提供一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用，該中間層合金用于鎳基高溫合金或不銹鋼的高效率優質連接。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金，該中間層合金為鎳基合金，按重量百分含量計，合金化學成分為：硼2～3.5％，硅1～3％，鎢4～10％，鉻10～15％，鐵3～6％，鎳為余量。

所述中間層合金為非晶態箔帶狀，采用甩帶法制備獲得；所述箔帶狀的中間層合金其寬度為25～55mm，厚度為35～55μm。

所述中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接，連接方式為瞬間液相連接(瞬時液相擴散連接)。

所述中間層合金在1050～1250℃進行瞬間液相連接(瞬時液相擴散連接)，所用時間100～240分鐘。

本發明原理如下：

為了解決復雜體系鎳基中間層合金非晶箔帶成型性不良的問題，根據液態鎳基合金與固體金屬(銅軋輥)之間的潤濕過程特點，選擇鎳作為中間層合金基體；為了降低瞬間液相連接溫度，降低中間層合金熔點，選擇硼和硅元素作為降熔點元素，另外，硅元素的加入也明顯提高了液體金屬流動性，提高制備過程中的潤濕性，有利于合金的非晶化過程；為了提高焊后性能，加入鉻、鎢、鐵元素一方面固溶強化合金，另一方面可以提高中間層合金的成形能力和抗高溫氧化性能。

本發明的有益效果是：

1、本發明解決目前高溫合金釬焊材料設計不合理，成形性不好、焊后性能差的問題，采用本發明中間層合金對鎳基高溫合金和不銹鋼進行瞬間液相連接，連接質量良好，方法簡單有效。

2、焊接后合金(接頭)的抗拉強度達到母材65％以上。

附圖說明

圖1為中間層合金外觀形貌。

圖2為中間層合金物相分析結果。

圖3為實施例1連接后樣品微觀組織。

圖4為實施例1連接后樣品抗拉性能。

圖5為實施例2連接后樣品微觀組織。

圖6為實施例2連接后樣品抗拉性能。

圖7為實施例3連接后樣品微觀組織。

圖8為實施例3連接后樣品抗拉性能。

圖9為實施例4連接后樣品微觀組織。

圖10為實施例4連接后樣品抗拉性能。

圖11為實施例5連接后樣品微觀組織。

圖12為實施例5連接后樣品抗拉性能。

圖13為實施例6連接后樣品微觀組織。

圖14為實施例6連接后樣品抗拉性能。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例詳述本發明。