[發明專利]一種DD98同種鎳基單晶高溫合金的SPS擴散焊接方法

有效

• 申請號: 202110500164.0
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113182660B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 賀艷明;鄭思路;徐海濤;陳剛強;楊建國;周正強;石磊;劉玉章;李華鑫;閭川陽;鄭文健;馬英鶴;孫元
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/02;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種DD98同種鎳基單晶高溫合金的SPS擴散焊接方法，是以Ni?Cr?W?B?Si?Fe粉釬料作為中間過渡層，通過放電等離子燒結技術對DD98同種鎳基單晶高溫合金在較低溫度和較短時間內實現有效連接。通過本發明的焊接方法可保證母材不發生再結晶的同時，獲得焊縫晶粒細化、連接面擴散均勻且穩定可靠的接頭，接頭室溫剪切強度可達301MPa。

技術領域

本發明屬于合金焊接技術領域，具體涉及一種DD98同種鎳基單晶高溫合金的SPS擴散焊接方法。

背景技術

DD98是我國自主研制成功的Ni-Cr-Co-Mo-W-Al-Ta系無Re、耐高溫、低成本鎳基單晶高溫合金，各組分的質量分數為：Cr 6%，Co 5%，W 6%, Mo 2%，Al 6.3%，Ti1%，Ta 6%，Ni余量。單晶材料消除了垂直主應力軸的橫向晶界，力學分散性能最小，其優越的抗氧化性能、熱疲勞性能及蠕變性能，滿足苛刻條件下的大載荷、高溫度、應力復雜的工況，廣泛應用于航空發動機的渦輪葉片等熱端零部件的制備。單晶高溫合金由于添加了大量的合金元素，導致其焊接性較差。將DD98同種鎳基單晶高溫合金有效連接，是拓展單晶高溫合金在航空航天領域應用的關鍵。

放電等離子燒結技術(SPS)是近20年發展起來的一種新型粉末快速燒結技術。近年來，該方法開始被用于焊接領域，能夠實現同種材料之間、異種材料的連接。與傳統的固態擴散焊接相比，SPS固態擴散焊接的優勢不僅體現在加熱速率快、所需機械壓力小和易于控制尺寸精度方面，更重要的是在傳統固態擴散焊接所需的溫度場和應力場的基礎上引入電場，利用電遷移效應加速物質擴散。因此，采用SPS技術有望在較低溫度和較短時間內實現DD98同種鎳基單晶高溫合金的有效連接。

發明內容

基于現有技術中存在的上述缺點和不足，本發明的目的是提供一種DD98同種鎳基單晶高溫合金的SPS擴散焊接方法。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種DD98同種鎳基單晶高溫合金的SPS擴散焊接方法，包括以下步驟：

（1）對待焊的DD98鎳基單晶高溫合金進行表面處理；即對DD98鎳基單晶高溫合金的待焊面進行去除油污、預磨、拋光及超聲波清洗并干燥的處理；

（2）將兩塊待焊DD98鎳基單晶高溫合金和中間層Ni-Cr-W-B-Si-Fe粉釬料按照石墨壓頭-石墨墊片-待焊DD98鎳基單晶高溫合金-Ni-Cr-W-B-Si-Fe粉釬料-待焊DD98鎳基單晶高溫合金-石墨墊片-石墨壓頭裝配到石墨模具中；

（3）將裝有待焊件的石墨模具置入放電等離子燒結系統中，并用保溫碳氈包裹石墨模具，調整紅外測溫儀鏡頭對準模具測溫孔，連接壓力調節至10MPa，打開真空泵和充氣泵使爐內真空度達到要求，然后通入直流脈沖電流開始升溫，升溫速率100℃/min，升溫至連接溫度950~1000℃時開始保溫，保溫時間為0~5min；隨后降溫冷卻凝固，以完成DD98鎳基單晶高溫合金之間的SPS固相擴散連接。

作為優選方案，所述Ni-Cr-W-B-Si-Fe粉釬料中的各元素重量分數的組分為：Cr占8~12%，W占11-14%，B占1-4%，Si占2-4%，Fe占2-5%，余量為Ni。所述Ni-Cr-W-B-Si-Fe粉釬料是通過將稱好的Ni粉、Cr粉、W粉、B粉、Si粉和Fe粉研磨混合后采用真空感應熔煉結合霧化方式制備而得。

作為優選方案，所述表面處理的過程為：先將待焊DD98鎳基單晶高溫合金置于丙酮中超聲清洗以除去其表面的油污；然后依次采用320#、600#、800#、1000#、1500#SiC砂紙對DD98鎳基單晶高溫合金的待焊面進行打磨處理；隨后采用3μm金剛石拋光劑進行拋光處理；最后將DD98鎳基單晶高溫合金置于酒精中進行超聲清洗并干燥。

作為優選方案，所述保溫碳氈厚度為：5mm，以降低整個焊接過程溫度不均勻帶來的不利影響。