专利名称：：用于焊接TA2与0Cr18Ni9Ti用高熵合金钎料及其制备方法
技术领域：
：本发明属于焊接材料
技术领域：
，涉及一种用于焊接TA2与0Crl8Ni9Ti用高熵合金钎料，本发明还涉及该高熵合金钎料的制备方法。
背景技术：
：钛及其合金比强度高，耐蚀性能好，是重要的宇航结构材料和化工材料。但因钛金属价格较高，工程上常用钛一钢异种金属结构，既可满足使用性能要求，又节约了钛材，制造钛一钢复合结构的关键是解决钛与钢的焊接问题。由于钛与钢间的线膨胀系数、热导率相差均较大，在焊接接头中易形成较大的内应力；焊缝中铁的含量会大大超过其在钛中的溶解度，在焊缝中形成大量的金属间化合物；另外，钛是强碳化物形成元素，与钢中的碳极易形成脆性相，同时，焊缝中的钛还会与铁、铬、镍形成复杂的金属间化合物，从而使焊缝变得极脆，易产生裂纹。欲获得高质量的焊接接头，应避免钛与钢之间的熔焊连接，钎焊是实现TA2与0Crl8Ni9Ti焊接所常用的方法。但是由于现有钎焊合金钎料性能不理想，钎缝多出现硬脆金属间化合物相而使接头性能难于保障，而且钎缝耐蚀性也常常满足不了使用要求。可见，研制新的适用于硬质合金与钢焊接的高性能钎料显得非常迫切。
发明内容本发明的目的在于提供一种用于焊接TA2与0Crl8Ni9Ti用高熵合金钎料，该种钎料具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且固相线与液相线温差较大，铺展性和填缝性好，易于获得高性能的钛合金/不锈钢钎接接头。本发明的另一目的在于提供一种上述高熵合金钎料的制备方法。本发明采用的技术方案是，一种用于焊接TA2与0Crl8Ni9Ti用高熵合金钎料，按原子百分比由以下组分组成，总的百分比为100%，其中Ti20^-25%、Cu25%-30%、Ni20%-25%、Fel5%-20%、Crl0%-13%、SnO.5%-5%、InO.01%-2%、GaO.01%-2%。本发明采用的另一技术方案是，一种上述高熵合金钎料的制备方法，该方法按照以下步骤实施，步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金Al、按原子百分比称量好以下各种高纯金属总的百分比为100%，其中1120%-25%、Cu25%—30%、Ni20%—25%、Fel5%—20%、Crl0%—13%、SnO.GaO.01%-2%，将In和Ga—起称为微量元素；再用硼酐将称量好的各高纯金属分别进行净化处理；A2、将步骤Al净化处理好的各种高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni、Ti-Fe、Fe-Cr-微量元素的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；A3、将步骤A2得到的四组中间合金，按照Cu-Sn与Cu-Ni、Ti-Fe与Fe-Cr-微量元素组合在一起进行二次熔配，得到两组二次中间合金；A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-微量元素进行熔配，得到高熵母合金；步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-40m/s，将步骤A4得到的高熵母合金制备成非晶态的高熵合金钎料箔材。本发明的高熵合金钎料，具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且固相线与液相线温差较大，铺展性和填缝性好，钎接接头综合力学性能较高；钎料柔韧性能好，便于加工和装配；该高熵合金钎料的制备方法步骤简单，容易操作，制作成本低，便于推广。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明的高熵合金钎料，按原子百分比由以下组分组成总的百分比为100%，其中Ti20%-25%、Cu25%-30%、Ni20%-25%、Fel5%-20%、Crl0%-13%、SnO.5%-5%、In0.01%-2%、GaO.01%-2%。在本发明的高熵合金钎料成分中，各组分及含量限定理由是为了提高钛合金/不锈钢接头的综合力学性能，高熵合金钎料主元选择Ti-Cu-Ni-Cr-Fe五主元系合金。主要原因有三点①焊接过程中母材向液态钎料层的溶解不可避免，为预防钎缝产生脆性金属间化合物起见，钎料须含有Ti、Fe、Ni、Cr等诸主元；②为了获得具有单相fcc固溶体微结构的高性能钎缝，钎料中须添加Cu作为主要组元；③通过在合金中添加Sn、In和Ga微量元素，调节钎料熔点，改善钎料活性，提高钎料铺展性。本发明的高熵合金钎料，其制备方法按照以下步骤实施，步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金Al、按原子百分比称量好以下各种高纯金属总的百分比为100%，其中1120%-25%、Cu25%-30%、Ni20%-25%、Fel5%-20%、Crl0%-13%、SnO.5%-5%、InO.01%-2%、Ga0.01%-2%，将In和Ga—起称为微量元素，所有各种高纯金属的纯度均高于99.99%;再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；A2、将步骤Al净化处理好的各种高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni、Ti-Fe、Fe-Cr-微量元素的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；A3、将步骤A2得到的四组中间合金，按照Cu-Sn与Cu-Ni、Ti-Fe与Fe-Cr-微量元素组合在一起进行二次熔配，得到两组二次中间合金；A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-微量元素进行熔配，得到高熵母合金；步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-40m/s，将步骤A4得到的高熵母合金制备成非晶态的高熵合金钎料箔材。所制备得到的高熵合金钎料箔材厚度约为25-60mm，宽约3-7mm，长约l-2m。用本发明的高熵合金钎料焊接TA2与0Crl8Ni9Ti的试样接头，装配时先将箔材置于待焊TA2与0Crl8Ni9Ti之间，然后按照常规真空钎焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和凝固，从而实现TA2与0Crl8Ni9Ti的钎焊连接。使用本发明的高熵合金钎料箔材进行TA2与0Crl8Ni9Ti接头的钎焊，与现有工艺操作条件相似，工艺简单，操作方便。下表l中列举了具体实施例l-7中的各个组分含量。表l实施例l-7中的各个组分含量表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例l:依照表l中实施例l的数据选取各组分元素含量，并按照以下步骤实施:步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金Al、按以下原子百分比称量好各种高纯金属总的百分比为100%，其中Ti25X、Cu25%、Ni20%、Fel5%、CrlO%、Sn4.98%、In0.01%、Ga0.01%，In和Ga合称为微量元素，各种高纯金属的纯度均高于99.99%，见表l;再用硼酐将称量好的各高纯金属分别进行净化处理；A2、将步骤Al净化处理好的各高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni、Ti-Fe、Fe-Cr-微量元素的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；A3、将步骤A2得到的四组中间合金，按照Cu-Sn与Cu-Ni、Ti-Fe与Fe-Cr-微量元素组合在一起进行二次熔配，得到两组二次中间合金；A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-微量元素进行熔配，得到高熵母合金；步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5m/s，将步骤A4得到的高熵母合金制备成非晶态的高熵合金钎料箔材。本实施例所制备得到的高熵合金钎料箔材厚度为60mm，宽约7mm，长约2m。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约230.5MPa。实施例2:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例2的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在12m/s，可制备出厚约55mm，宽约5mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约221.7MPa。实施例3:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例3的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在15m/s，可制备出厚约45mm，宽约4mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约195MPa。实施例4:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例4的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在20m/s，可制备出厚约40mm，宽约3mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约207.8MPa。实施例5:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例5的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在25m/s，可制备出厚约35mm，宽约5mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约210MPa。实施例6:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例6的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在35m/s，可制备出厚约30mm，宽约4mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约198MPa。实施例7:按照上述实施例l的步骤，依照表1中实施例7的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在40m/s，可制备出厚约25mm，宽约3mm，长约lm的非晶态高熵合金钎料箔材。应用该高熵合金钎料箔材，对TA2与0Crl8Ni9Ti进行高频感应钎焊，钎接接头拉剪强度约190MPa。综上所述，本发明的高熵合金钎料，钎料柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与硬质合金与合金钢的匹配性好、钎缝耐腐蚀性能良好，焊缝为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能显著提高；该种高熵合金钎料的制备方法，工艺简单，制作成本低，便于推广。权利要求1.一种用于焊接TA2与0Cr18Ni9Ti用高熵合金钎料，其特征在于按原子百分比由以下组分组成，总的百分比为100％，其中Ti20％-25％、Cu25％-30％、Ni20％-25％、Fe15％-20％、Cr10％-13％、Sn0.5％-5％、In0.01％-2％、Ga0.01％-2％。2.一种权利要求l所述高熵合金钎料的制备方法，其特征在于该方法按照以下步骤实施，步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金Al、按原子百分比称量好以下各种高纯金属总的百分比为100%，其中1120%-25%、Cu25%-30%、Ni20%-25%、Fel5%-20%、Crl0%-13%、SnO.5%-5%、InO.01%-2%、GaO.01%-2%，将In和Ga—起称为微量元素；再用硼酐将称量好的各高纯金属分别进行净化处理；A2、将步骤Al净化处理好的各种高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni、Ti-Fe、Fe-Cr-微量元素的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；A3、将步骤A2得到的四组中间合金，按照Cu-Sn与Cu-Ni、Ti-Fe与Fe-Cr-微量元素组合在一起进行二次熔配，得到两组二次中间合金；A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-微量元素进行熔配，得到高熵母合金；步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-40m/s，将步骤A4得到的高熵母合金制备成非晶态的高熵合金钎料箔材。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述各种高纯金属的纯度均高于99.99%。全文摘要本发明公开了一种用于焊接TA2与0Cr18Ni9Ti用高熵合金钎料，按原子百分比由以下组分组成总的百分比为100％，其中Ti20％-25％、Cu25％-30％、Ni20％-25％、Fe15％-20％、Cr10％-13％、Sn0.5％-5％、In0.01％-2％、Ga0.01％-2％。本发明还公开了上述高熵合金钎料箔材的制备方法，其制作步骤是，先利用超高真空电弧炉分步熔炼得到高熵母合金；再应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-40m/s，得到高熵合金钎料箔材。本发明的高熵合金钎料，钎料柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与被焊金属及合金的匹配性好、钎缝耐腐蚀性能良好，焊缝为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能较高。文档编号B23K35/24GK101590574SQ20091030380公开日2009年12月2日申请日期2009年6月29日优先权日2009年6月29日发明者徐锦锋,翟秋亚,凯陈申请人:西安理工大学