专利名称：一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料及其制备方法
一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料及其制备方法技术领域
本发明涉及一种高熵钎料及其制备方法。
背景技术：
SiC, Si3N4, ZrB2等非氧化物陶瓷是航空航天领域重要的超高温结构材料。C/SiC复合材料、ZSC复合材料等通过在单相陶瓷基体中添加一定体积分数的C纤维或其它陶瓷颗粒(石墨)增强相，进一步提高了材料的机械性能和高温抗氧化性能。由于这些非氧化物陶瓷及其复合材料制备和成形方法的限制，实现它们自身或与其它材料的连接是保证其在上述领域得到广泛应用的关键。目前报道的关于非氧化物陶瓷及陶瓷基复合材料的连接方法有机械连接、扩散焊和钎焊等。但机械连接存在消极质量过大，气密性无法保证等问题；而扩散焊由于需要施加较大的压力，其可焊接的结构形式非常有限；相对于前两种方法，钎焊具有更大的优势如接头不存在消极质量重、气密性良好、焊接中不需施加较大压力，接头形式不受限制等。目前使用的钛基钎料延性较差，不能有效缓解陶瓷/金属钎焊接头中由于母材热膨胀系数不匹配产生的较大热应力，接头力学性能差。而镍基钎料会与非氧化物陶瓷及陶瓷基复合材料中的陶瓷相剧烈反应，一方面破坏陶瓷或陶瓷基复合材料本身的性能，另一方面生成的产物会使接头变脆。已见报道的用于非氧化物陶瓷及其复合材料直接钎焊连接的钎料主要有AgCuTi钎料，商用钛基、镍基和钯基钎料。由于AgCuTi钎料本身抗高温氧化和蠕变性能差，钎焊接头无法满足高温使用需求。钯基钎料价格昂贵，使用前景极为有限。钛基钎料本身延性较差，获得的接头力学性能往往难以满足实际要求。而现存商用镍基钎料又存在与非氧化物陶瓷SiC、Si3N4、ZrB2等剧烈反应，接头界面组织性能差的问题。因此，设计一种可钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料，并使接头在500°C以上还具有可靠使用性能的高温钎料成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有焊接非氧化物陶瓷及其复合材料，接头在500°C以上高温钎料性能不可靠的问题，而提供一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料及其制备方法。本发明的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料按重量份数是由18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2组成。本发明的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为lX10_2Pa的条件下，熔炼10 120min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5^20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。本发明的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为lX10_2Pa的条件下，熔炼10 120min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片；四、复合压片将20 μ m 100 μ m厚的的Ti箔与步骤三得到的箔 片用压片机复合压片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5^20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。本发明的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、将步骤一称取的各组分，按球料质量比为12 16 1的比例放入石墨坩埚中，在氩气保护，转速为28(T320r/min的条件下，室温球磨2 3h，即得混合粉末；三、将步骤二得到的混合粉末采用压片机加压6 X 108N/m2，得到厚度为O. 01 2mm箔片，将箔片用丙酮在频率为20KHz的超声中清洗lOmin，室温干燥l 2h，即得高熵钎料；其中，步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末。本发明的优点如下本发明实现非氧化物陶瓷及其复合材料自身或与金属的直接钎焊，焊前不需要对陶瓷或复合材料表面进行任何改性处理。本发明的高熵钎料对于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料与多种高温合金而言熔点合适，润湿性好，并且能满足钎焊接头800°C使用要求。且本发明的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。本发明中使用的高熵钎料做中间层时，陶瓷或陶瓷基复合材料侧的冶金反应适度，而且由于钎料体系中多元素间的相互作用增进了元素间的相溶性并能限制元素扩散速率，从而有效抑制了钎焊接头中脆性金属间化合物的生成，使钎缝组织较多的以固溶体存在而提高接头的性能。本发明所获得的ZSC复合材料与GH99镍基高温合金接头的强度达到35 71MPa，且在800°C下的高温强度保留率超过67%。本发明所获得的ZSC复合材料与Nb的接头的强度达到27 33MPa。本发明所获得的C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2(T45MPa。本发明所获得的SiC陶瓷与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2f27MPa。另外，本发明的钎料还可以用来钎焊石墨、SiC陶瓷、C/C复合材料。
图I为试验IZSC与GH99的钎焊的接头的电镜图片。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料，按重量份数是由18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、
10.Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2组成。本实施方式实现非氧化物陶瓷及其复合材料自身或与金属的直接钎焊，焊前不需要对陶瓷或复合材料表面进行任何改性处理。本实施方式的高熵钎料对于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料与多种高温合金而言熔点合适，润湿性好，并且能满足钎焊接头800°C使用要求。且本实施方式的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。本实施方式中使用的高熵钎料做中间层时，陶瓷或陶瓷基复合材料侧的冶金反应适度，而且由于钎料体系中多元素间的相互作用增进了元素间的相溶性并能限制元素扩散速率，从而有效抑制了钎焊接头中脆性金属间化合物的生成，使钎缝组织较多的以固溶体存在而提高接头的性能。本实施方式所获得的ZSC复合材料与GH99镍基高温合金接头的强度达到35 71MPa，且在800°C下的高温强度保留率超过67%。本实施方式所获得的ZSC复合材料与Nb的接头的强度达到27 33MPa。本实施方式所获得的C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2(T45MPa。本实施方式所获得的SiC陶瓷与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2广27MPa。 另外，本实施方式的钎料还可以用来钎焊石墨、SiC陶瓷、C/C复合材料。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的Ni纯度为99. 0% 99. 9%、Cr 纯度为 99. 0% 99. 9%、Co 纯度为 99. 0% 99. 9%, Fe 纯度为 99. 0% 99. 9%、Cu纯度为99. 0% 99. 9%和Ti纯度为99. 0% 99. 9%或TiH2为99. 0% 99. 9%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一至二不同的是所述的为Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。其它与具体实施方式
一至二相同。
具体实施方式
四本实施方式的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu 和 0 24· 9 份的 Ti 或 TiH2 ；二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为lX10_2Pa的条件下，熔炼10 120min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5^20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。本实施方式实现非氧化物陶瓷及其复合材料自身或与金属的直接钎焊，焊前不需要对陶瓷或复合材料表面进行任何改性处理。本实施方式的高熵钎料对于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料与多种高温合金而言熔点合适，润湿性好，并且能满足钎焊接头800°C使用要求。且本实施方式的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。本实施方式中使用的高熵钎料做中间层时，陶瓷或陶瓷基复合材料侧的冶金反应适度，而且由于钎料体系中多元素间的相互作用增进了元素间的相溶性并能限制元素扩散速率，从而有效抑制了钎焊接头中脆性金属间化合物的生成，使钎缝组织较多的以固溶体存在而提高接头的性能。本实施方式所获得的ZSC复合材料与GH99镍基高温合金接头的强度达到35 71MPa，且在800°C下的高温强度保留率超过67%。本实施方式所获得的ZSC复合材料与Nb的接头的强度达到27 33MPa。本实施方式所获得的C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2(T45MPa。本实施方式所获得的SiC陶瓷与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2广27MPa。另外，本实施方式的钎料还可以用来钎焊石墨、SiC陶瓷、C/C复合材料。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是将步骤二替换为将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在氩气保护，1200°C 1800°C温度的条件下，进行电弧熔炼10 120min制成合金锭，再进行(Γ5次重熔，铸造后，得到合金锭。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四至五不同的是步骤一中所述的Ni纯度为99. 0% 99. 9%、Cr纯度为99. 0% 99. 9%、Co纯度为99. 0% 99. 9%、Fe纯度为99. 0% 99. 9%、Cu 纯度为 99. 0% 99. 9% 和 Ti 纯度为 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 为 99. 0% 99. 9%。
其它与具体实施方式
四至五相同。
具体实施方式
七本实施方式的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料 的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu 和 0 24· 9 份的 Ti 或 TiH2 ；
二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为lX10_2Pa的条件下，熔炼l(Tl20min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片；四、复合压片将20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔与步骤三得到的箔片用压片机复合压片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5^20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。本实施方式实现非氧化物陶瓷及其复合材料自身或与金属的直接钎焊，焊前不需要对陶瓷或复合材料表面进行任何改性处理。本实施方式的高熵钎料对于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料与多种高温合金而言熔点合适，润湿性好，并且能满足钎焊接头800°C使用要求。且本实施方式的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。本实施方式中使用的高熵钎料做中间层时，陶瓷或陶瓷基复合材料侧的冶金反应适度，而且由于钎料体系中多元素间的相互作用增进了元素间的相溶性并能限制元素扩散速率，从而有效抑制了钎焊接头中脆性金属间化合物的生成，使钎缝组织较多的以固溶体存在而提高接头的性能。本实施方式所获得的ZSC复合材料与GH99镍基高温合金接头的强度达到35 71MPa，且在800°C下的高温强度保留率超过67%。本实施方式所获得的ZSC复合材料与Nb的接头的强度达到27 33MPa。本实施方式所获得的C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2(T45MPa。本实施方式所获得的SiC陶瓷与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2广27MPa。另外，本实施方式的钎料还可以用来钎焊石墨、SiC陶瓷、C/C复合材料。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同的是将步骤二替换为将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在氩气保护，1200°C 1800°C温度的条件下，进行电弧熔炼l(Tl20min制成合金锭，再进行(Γ5次重熔，经铸造后，得到合金锭。其它与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九本实施方式的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu和(Γ24. 9 份的 Ti 或TiH2 ;二、将步骤一称取的各组分，按球料质量比为12 16 1的比例放入石墨坩埚中，在氩气保护，转速为28(T320r/min的条件下，室温球磨2 3h，即得混合粉末；三、将步骤二得到的混合粉末采用压片机加压6X108N/m2，得到厚度为O. Ollmm箔片，将箔片用丙酮在频率为20KHz的超声中清洗IOmin,室温干燥2h,即得高熵钎料；其中，步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末。本实施方式实现非氧化物陶瓷及其复合材料自身或与金属的直接钎焊，焊前不需要对陶瓷或复合材料表面进行任何改性处理。本实施方式的高熵钎料对于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料与多种高温合金而言熔点合适，润湿性好，并且能满足钎焊接头800°C使用要求。且本实施方式的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。本实施方式中使用的高熵钎料做中间层时，陶瓷或陶瓷基复合材料侧的冶金反应适度，而且由于钎料体系中多元素间的相互作用增进了元素间的相溶性并能限制元素扩散速率，从而有效抑制了钎焊接头中脆性金属间化合物的生成，使钎缝组织较多的以固溶体存在而提高接头的性能。本实施方式所获得的ZSC复合材料与GH99镍基高温合金接头的强度达到35 71MPa，且在800°C下的高温强度保留率超过67%。本实施方式所获得的ZSC复合材料与Nb的接头的强度达到27 33MPa。本实施方式所获得的C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2(T45MPa。本实施方式所获得的SiC陶瓷与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到2广27MPa。另外，本实施方式的钎料还可以用来钎焊石墨、SiC陶瓷、C/C复合材料。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
九不同的是步骤一中所述的Ni纯度为99. 0% 99. 9%、Cr纯度为99. 0% 99. 9%、Co纯度为99. 0% 99. 9%、Fe纯度为99. 0% 99. 9%、Cu 纯度为 99. 0% 99. 9% 和 Ti 纯度为 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 为 99. 0% 99. 9%。其它与具体实施方式
九相同。通过以下试验验证本发明的效果试验I本试验的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称取1.8g的Ni粉、1.43g的Cr、1.68g的Co、1.59g的Fe、I. Olg的Cu、和2. 49g的Ti ;二、将步骤一称取的组分放入石墨坩埚中，在温度为1600°C，真空度为I X KT2Pa的条件下，熔炼80min，熔炼后采取相同工艺重熔5次，获得成分均匀的合金锭；
三、采用线切割的方式将步骤二得到的合金锭切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并将箔片表面在600#砂纸上打磨至箔片厚度为O. Γ0. 8mm,即得高熵钎料。将ZSC复合材料和GH99高温合金待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法清理干净，将ZSC复合材料和GH99高温合金及本试验的高熵钎料放入丙酮中，进行超声(超声频率是20KHz)清洗lOmin，然后室温晾干，按照从上到下为ZSC复合材料/配置高熵钎料箔片/GH99的形式进行装配，并在ZSC复合材料表面施加2MPa的压力进行固定；将装配好的工件放入真空加热炉中，当真空度为IX 10_3Pa时，开始以10°C /min的速度加热到1160°C，保温60min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成ZSC与GH99的钎焊。本试验的Ni粉纯度为99. 9%、Cr粉纯度为99. 9%、Co粉纯度为99. 9%、Fe粉纯度为99. 9%、Cu粉纯度为99. 9%和Ti粉纯度为99. 9%。经测试，ZSC与GH99的接头室温抗剪强度最高达到71MPa，800°C高温强度可达48MPa。
对本试验得到的ZSC与GH99的钎焊的接头进行电镜扫描，结果如图I所示，由图I可知ZSC复合材料一侧可以形成良好的冶金结合，钎缝组织主要为性能良好的固溶体组织，可以有效的缓解接头残余热应力，Ni与非氧化陶瓷的有害反应可以被抑制，最终获得的钎焊接头具有良好的组织和力学性能。试验2本试验的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称取I. 8g的Ni粉、I. 43g的Cr、I. 68g的Co、I. 59g的Fe、I. Olg的Cu、和2. 49g的Ti ;二、将步骤一称取的各组分，按球料质量比为6 1的比例放入石墨坩埚中，在氩气保护，转速为300r/min的条件下，室温下间歇性球3h，即得混合粉末；三、将步骤二得到的混合粉末采用压片机加压6t，得到箔片，将箔片用丙酮清洗lOmin，室温干燥lh，SP得高熵钎料。将ZSC复合材料和GH99高温合金待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法清理干净，将ZSC复合材料和GH99高温合金及本试验的高熵钎料放入丙酮中，进行超声(超声频率 是20KHz)清洗lOmin，然后室温晾干，按照从上到下为ZSC复合材料/配置高熵钎料箔片/GH99的形式进行装配，并在ZSC复合材料表面施加2MPa的压力进行固定；将装配好的工件放入真空加热炉中，当真空度为IX 10_3Pa时，开始以10°C /min的速度加热到1160°C，保温60min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成ZSC与GH99的钎焊。本试验的Ni粉纯度为99. 9%、Cr粉纯度为99. 9%、Co粉纯度为99. 9%、Fe粉纯度为99. 9%、Cu粉纯度为99. 9%和Ti粉纯度为99. 9%。经测试，ZSC与GH99的接头室温抗剪强度最高达到63MPa。试验3本试验的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、将步骤一称取的组分放入石墨坩埚中在温度为1600°C，真空度为IX 10_2Pa的条件下，熔炼80min，熔炼后采取相同工艺重熔5次，获得成分均匀的合金锭；三、采用线切割的方式将步骤二得到的合金锭切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并将箔片表面在600#砂纸上打磨至箔片厚度为O. Γ0. 8mm ;四、将20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔与步骤三打磨后的箔片用压片机复合压片，即得高熵钎料。将C/SiC复合材料和GH99高温合金待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法清理干净，将C/SiC复合材料和GH99高温合金及本试验的高熵钎料放入丙酮中，进行超声(超声频率是20KHz)清洗lOmin，然后室温晾干，按照从上到下为C/SiC复合材料/Ti/高熵钎料箔片/GH99的形式进行装配，并在C/SiC复合材料表面施加2MPa的压力进行固定；将装配好的工件放入真空加热炉中，当真空度为lX10_3Pa时，开始以10°C /min的速度加热到1180°C，保温20min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成C/SiC与GH99的钎焊。本试验的Ni粉纯度为99. 9%、Cr粉纯度为99. 9%、Co粉纯度为99. 9%、Fe粉纯度为99. 9%、Cu粉纯度为99. 9%和Ti粉纯度为99. 9%。经测试，C/SiC与GH99的接头室温抗剪强度最高达到45MPa。
试验4本试验的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、将步骤一称取的组分放入石墨坩埚中在温度为1600°C，真空度为IX 10_2Pa的条件下，熔炼80min，熔炼后采取相同工艺重熔5次，获得成分均匀的合金锭；三、采用线切割的方式将步骤二得到的合金锭切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并将箔片表面在600#砂纸上打磨至箔片厚度为O. Γ0. 8mm ;四、将20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti 箔与步骤三打磨后的箔片用压片机复合压片，即得高熵钎料。将SiC陶瓷和GH99高温合金待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法清理干净，将SiC陶瓷和GH99高温合金及本试验的高熵钎料放入丙酮中，进行超声(超声频率是20KHz)清洗lOmin，然后室温晾干，按照从上到下为SiC陶瓷/Ti/高熵钎料箔片/GH99的形式进行装配，并在SiC陶瓷表面施加2MPa的压力进行固定；将装配好的工件放入真空加热炉中，当真空度为lX10_3Pa时，开始以10°C/min的速度加热到1170°C，保温30min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成SiC陶瓷与GH99的钎焊。本试验的Ni粉纯度为99. 9%、Cr粉纯度为99. 9%、Co粉纯度为99. 9%、Fe粉纯度为99. 9%、Cu粉纯度为99. 9%和Ti粉纯度为99. 9%。经测试，SiC与GH99的接头室温抗剪强度最高达到25MPa。试验5本试验的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、将步骤一称取的组分放入石墨坩埚中在温度为1600°C，真空度为IX 10_2Pa的条件下，熔炼80min，熔炼后采取相同工艺重熔5次，获得成分均匀的合金锭；三、采用线切割的方式将步骤二得到的合金锭切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并将箔片表面在600#砂纸上打磨至箔片厚度为O. Γ0. 8mm ;四、将20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔与步骤三打磨后的箔片用压片机复合压片，即得高熵钎料。将ZSC复合材料和Nb高温合金待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法清理干净，将ZSC复合材料和Nb高温合金及本试验的高熵钎料放入丙酮中，进行超声(超声频率是20KHz)清洗lOmin，然后室温晾干，按照从上到下为ZSC复合材料/Ti/高熵钎料箔片/Nb的形式进行装配，并在ZSC复合材料表面施加2MPa的压力进行固定；将装配好的工件放入真空加热炉中，当真空度为lX10_3Pa时，开始以10°C/min的速度加热到1160°C，保温60min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成ZSC复合材料和Nb的钎焊。本试验的Ni粉纯度为99. 9%、Cr粉纯度为99. 9%、Co粉纯度为99. 9%、Fe粉纯度为99. 9%、Cu粉纯度为99. 9%和Ti粉纯度为99. 9%。经测试，ZSC与Nb的接头室温抗剪强度最高达到33MPa。
权利要求
1.一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料，其特征在于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料按重量份数是由18 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或Τ Η2组成。
2.根据权利要求I所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料，其特征在于所述的Ni纯度为99. 09Γ99. 9%、Cr纯度为99. 0% 99. 9%、Co纯度为99. 0% 99. 9%,Fe纯度为 99. 0% 99. 9%、Cu 纯度为 99. 0% 99. 9% 和 Ti 纯度为 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 为 99. 0% 99. 9%。
3.根据权利要求I所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料，其特征在于所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。
4.如权利要求I所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为I X KT2Pa的条件下，熔炼l(Tl20min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5^20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。
5.根据权利要求4所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Ni纯度为99. 09Γ99. 9%、Cr纯度为99. 09Γ99. 9%、Co纯度为99. 0% 99. 9%、Fe 纯度为 99. 0% 99. 9%、Cu 纯度为 99. 0% 99. 9% 和 Ti 纯度为 99. 0% 99. 9%或 TiH2 为 99. 0% 99. 9%。
6.根据权利要求4所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于将步骤二替换为将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在氩气保护，12000C 1800°C温度的条件下，进行电弧熔炼10 120min制成合金锭，再进行(Γ5次重熔，经铸造后，得到合金锭。
7.如权利要求I所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、熔炼将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在温度为1200°C 1800°C，真空度为I X KT2Pa的条件下，熔炼10 120min，再经铸造，得到合金锭；三、制箔将步骤二得到的合金锭采用线切割制得厚度为O. Γ0. 8mm的箔片；四、复合压片将20μπι IOOym厚的的Ti箔与步骤三得到的箔片用压片机复合压片，即得高熵钎料；其中，线切割获得的箔片正反面需进行机械磨光，磨光后表面粗糙度为12. 5 20 ;步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末或箔片。
8.根据权利要求7所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于将步骤二替换为将步骤一称取的各组分放入石墨坩埚中，在氩气保护，12000C 1800°C温度的条件下，进行电弧熔炼10 120min制成合金锭，再进行(Γ5次重熔，铸造后，得到合金锭。
9.如权利要求I所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法是按照以下步骤进行的一、称量按重量份数称取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、将步骤一称取的各组分，按球料质量比为12 16 1的比例放入石墨坩埚中，在氩气保护，转速为28(T320r/min的条件下，室温球磨2 3h，即得混合粉末；三、将步骤二得到的混合粉末采用压片机加压6X 108N/m2，得到厚度为O. Of 2mm箔片，将箔片用丙酮在频率为20KHz的超声中清洗lOmin，室温干燥r2h,即得高熵钎料；其中，步骤一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti为金属粉末。
10.根据权利要求9所述的一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Ni纯度为99. 09Γ99. 9%、Cr纯度为99. 09Γ99. 9%、Co纯度为.99. 0% 99. 9%、Fe 纯度为 99. 0% 99. 9%、Cu 纯度为 99. 0% 99. 9% 和 Ti 纯度为 99. 0% 99. 9%或 TiH2 为 99. 0% 99. 9%。
全文摘要
一种钎焊非氧化物陶瓷及其复合材料的高熵钎料及其制备方法，它涉及一种高熵钎料及其制备方法，本发明要解决现有焊接非氧化物陶瓷及其复合材料，接头在500℃以上高温钎料性能不可靠的问题。钎料按重量份数是由18~24份的Ni、14.3~19份的Cr、16.8~22.5份的Co、15.9~21份的Fe、10.1~13.5份的Cu和0~24.9份的Ti或TiH2组成。制备方法为称取各组分，然后在1200℃~1800℃，真空熔炼，线切割后制箔或复合压片即得；也可以将组分按球料质量比为12~16∶1的比例球磨，压片清洗即得。本发明获得合金接头的强度达到35~71MPa，且在800℃的高温强度保留率超过67%。
文档编号B23K35/40GK102689109SQ201210207740
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者亓钧雷, 冯吉才, 张丽霞, 李宏伟, 田晓羽, 石俊秒 申请人:哈尔滨工业大学