[發明專利]一種高熵合金釬料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011012480.5
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112222675B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 任海水;尚泳來;熊華平;任新宇;馮洪亮
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/30;B23K35/40
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種高熵合金釬料及其制備方法，所述高熵合金釬料的化學成分及按原子百分比的組成為：Al：10％～20％，Cu：10％～20％，Co：10％～20％，Fe：10％～20％，Ni：10％～20％，Cr：10％～20％，Si：4％～12％，B：4％～12％，其制備方法包括以下步驟：按釬料成分稱取熔煉所需的原材料；對原材料進行熔煉，得到高熵合金釬料錠；利用真空急冷快速凝固技術制備成高熵合金非晶箔帶，或采用真空氣霧化技術制備成高熵合金釬料粉末。所述高熵合金釬料具有很高的混合熵，其組織以固溶體組織為主，可用于TiAl合金與鎳基高溫合金這兩種極異材料之間的釬焊連接，能同時與這兩種被焊母材保持較好的相容性，獲得較高的連接強度。

技術領域

本發明是一種高熵合金釬料及其制備方法，屬于焊接技術領域，該高熵合金釬料用于TiAl合金與鎳基高溫合金兩種極異材料的釬焊連接。

背景技術

TiAl合金具有低密度、高比強度、良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是非常具有發展前途的輕質耐高溫結構材料，可在750℃～860℃的高溫下服役，被公認為是鈦合金和高溫合金的替代材料，在航空、航天、核工業、兵器、汽車等領域具有良好的應用前景。

對于TiAl合金，為了擴大其工程化應用范圍，焊接技術將顯得非常重要，尤其是TiAl合金與其它金屬的連接。比如航空領域，高超聲速飛行器金屬熱防護結構需要滿足700℃～800℃的使用要求，擬采用TiAl合金與鎳基高溫合金組成的雙合金蜂窩熱結構的方案，可以大幅減小結構重量。釬焊是適合于這種雙合金復雜精密結構焊接的方法之一，釬焊過程中，被焊母材和釬料被整體加熱，釬焊溫度高于釬料熔化區間，低于母材熔點，使得釬料熔化，而母材不熔化。但是，TiAl合金與鎳基高溫合金在物理化學性能方面存在著很大差異，其接頭屬于極異材料組合。兩種材料成分差異很大，元素Ti和Ni又極異發生反應，形成Ti-Ni脆性化合物，且熱膨脹系數存在差異，容易在連接區域誘發裂紋。此外，現有的鈦基或鎳基釬料，難以與這兩種極異材料同時有良好的相容性，要實現其良好連接非常困難。

高熵合金是一種新型材料，一般可以定義為由五種或五種以上的主元素組成，每種元素按等原子比或近似等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，高熵合金具有良好的綜合力學性能。根據最大熵產生原理，大的熵值能夠使高熵相穩定，多組元產生的高的混合熵通過降低吉布斯自由能，有利于形成固溶體相或兩相共晶組織，而不是金屬間化合物。

針對TiAl合金與鎳基高溫合金釬焊連接的技術現狀，可以借鑒高熵合金設計理論，選用TiAl合金與鎳基高溫合金中的主要元素設計制備高熵合金釬料，由于釬料中含有較多的母材元素，可大大增強釬料與母材的相容性。例如GH536鎳基高溫合金的主要構成元素為Ni、Cr、Fe等，TiAl合金主要元素為Ti和Al，如果研制的釬料中含有較多的這些元素，就可以同時增加釬料與兩種母材的相容性。但是母材中的主要元素Cr、Ti、Ni、Co、Fe等熔點較高，可能會導致釬料熔點較高，進而使得釬焊溫度升高。高的焊接溫度會損害母材性能，或導致母材在焊接過程中過渡熔蝕。因此保證釬料有合適的熔化區間，也是該類高熵合金釬料設計的難點和關鍵所在。

發明內容

本發明正是針對上述問題而設計提供了一種高熵合金釬料及其制備方法，其目的是對TiAl合金與鎳基高溫合金這兩種極異材料的連接提供技術解決方案，使連接接頭具有與母材相匹配的耐熱性，以拓寬TiAl合金的工程應用領域。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明技術方案提供了一種高熵合金釬料，該高熵合金釬料的化學成分及按原子百分比的組成為：Al：10％～20％，Cu：10％～20％，Co：10％～20％，Fe：10％～20％，Ni：10％～20％，Cr：10％～20％，Si：4％～12％，B：4％～12％。

在一種實施中，Al：15％～20％，Cu：15％～20％，Co：10％～15％，Fe：10％～15％，Ni：10％～15％，Cr：10％～15％，Si：5％～10％，B：5％～10％。