[發(fā)明專利]一種高溫釬焊用鈦基釬料及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811512307.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN109465569A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余偉;董恩濤;張澤宇;蔡慶伍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K35/32
• 分類號(hào): B23K35/32;B23K35/40
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明涉及一種高溫釬焊用鈦基釬料及制備方法，它涉及一種高溫釬料及制備方法。本發(fā)明中釬料化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為Ti：77％～90％，Ni：10％～18％，Nb：3％～10％，其余為不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明釬料的制備方法如下：按照上述成分稱取原料，裝入高真空電弧感應(yīng)爐反復(fù)冶煉澆鑄成合金錠，然后經(jīng)特定軋制及熱處理工藝制備所需厚度的鈦基釬料。本發(fā)明中的低Ni和低Nb高溫釬焊用鈦基釬料在保證較低熔點(diǎn)的同時(shí)具有優(yōu)異的塑性加工性能，冶煉后根據(jù)釬料變形特征采用特定軋制及熱處理工藝制備，能保證釬料質(zhì)量的穩(wěn)定性，可大批量生產(chǎn)不同厚度規(guī)格的釬料，方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、高溫性能良好，適用于鈦合金、鈦鋁合金等高溫合金的高溫釬焊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫釬焊用鈦基釬料及制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金、鈦鋁合金具有較低的密度、抗高溫氧化性和良好的高溫力學(xué)性能，成為制造航空、航天、核能和化工用高溫部件的優(yōu)質(zhì)材料。當(dāng)前鈦合金、鈦鋁合金尤其對(duì)于擁有精密件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作工藝中，釬焊對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強(qiáng)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

鈦合金釬焊工藝主要包括：真空釬焊、高頻感應(yīng)釬焊、熔釬焊和攪拌摩擦釬焊等方法。真空釬焊是爐內(nèi)釬焊，在真空環(huán)境下對(duì)裝配好的釬料的焊件進(jìn)行整體加熱，釬料熔化對(duì)而母材保持固態(tài)，液態(tài)釬料對(duì)母材形成潤濕并在毛細(xì)作用下填縫，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)。由于不需要釬劑使得接頭美觀且綜合性能良好。高頻感應(yīng)釬焊是將需要連接的鈦合金部件放在感應(yīng)線圈內(nèi)，通高頻交流電產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，通過在部件表面產(chǎn)生的渦流發(fā)熱從而熔化釬料實(shí)現(xiàn)釬焊的技術(shù)。熔釬焊是利用兩種母材在熔點(diǎn)上的差異，在焊接時(shí)低熔點(diǎn)母材和填充釬料發(fā)生熔化，而高熔點(diǎn)母材始終保持固態(tài)，與液態(tài)金屬相互作用，主要適用于鈦合金與異種材料連接。

目前鈦合金、鈦鋁合金用釬料有很多種，主要包括：銀基、鋁基和鈦基或鈦鋯基三種。銀基釬料常用于服役溫度較低的部件，該釬料在界面區(qū)易形成硬度不高的金屬間化合物TiAg，但與鈦的線性膨脹系數(shù)差別較大，在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋，而且價(jià)格昂貴。鋁基釬料熔點(diǎn)較低，釬焊接頭高溫性能不佳，限制了鈦合金的高溫應(yīng)用范圍。鈦基釬料中的Ti元素在高溫環(huán)境中能與大多數(shù)金屬或非金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而降低界面能促進(jìn)釬料合金的潤濕性，獲得高強(qiáng)度焊接接頭。鈦基釬料的熔點(diǎn)高，一般在1000℃以上，為使釬焊熱循環(huán)溫度低于母材相轉(zhuǎn)變溫度，一般通過添加Zr、Cu、Ni、Be等元素降低熔點(diǎn)，并提高潤濕性能。現(xiàn)有鈦基釬料種類較少，且制備工藝復(fù)雜、成本較高。

文章《Brazing high Nb containing TiAl alloy using TiNi-Nb eutecticbraze alloy》(Intermetallics,2012,22(3):136-141)研究使用新型TiNi-Nb釬料(Ti-40Ni-20Nb(at.％))釬焊TiAl合金(Ti-45Al-5Nb-(W,B,Y)(at.％))，通過真空電弧重熔法煉錠后用電火花切成片狀釬料。結(jié)果表明釬料熔點(diǎn)較高，使得在1220℃及以上溫度釬焊時(shí)接頭處出現(xiàn)不規(guī)則焊縫。這是由于釬焊溫度影響TiAl合金基體元素向液態(tài)釬料的溶解量，導(dǎo)致連接性能下降。過高的釬料液相線溫度會(huì)對(duì)釬焊工藝的制定和接頭性能產(chǎn)生不利作用，因此必須嚴(yán)格控制釬料的組分，且電火花切片工藝價(jià)格昂貴，不適于批量生產(chǎn)。

中國專利CN 102430874A指出現(xiàn)有的鈦基釬料中常含有較多的Cu和Ni元素，雖然其作用是降低釬料液相線溫度，但在釬焊時(shí)其易于加快鈦合金共析轉(zhuǎn)變速度，使得接頭中脆性相含量較高并局部富集，降低接頭性能。

中國專利CN 103286472A提出了一種適用于鈦合金、鈦鋁金屬間化合物釬焊的低Cu和Ni含量TiZr基合金釬料，Cu和Ni質(zhì)量百分比分別為3％～15％和1％～10％，Ti和Zr質(zhì)量比在75％以上，是一種低熔點(diǎn)釬料。但其需要微量添加Si、Co、Fe、Al、Sn等元素，冶煉工藝?yán)щy，且采用真空極冷旋淬法制備箔帶，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，受設(shè)備限制應(yīng)用局限性較大。