专利名称：利用Ti-Zr-Ni-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。
背景技术：
钛合金作为一类重要的工程材料，具有低密度、高室温强度等优点，被广泛应用于航空航天、化工、生物医学和海洋工程等领域。然而，钛合金耐磨性较差、高温强度较低等缺点在很大程度上限制了钛合金的应用。向钛合金中加入高强度、高硬度陶瓷增强体制备的钛基复合材料可以显著提高其室温机械性能和高温蠕变强度，从而使它们在商业汽车，航空航天和先进军事上得到进一步的应用。钛基复合材料增强体按其在基体中分布状态可以分为连续纤维和非连续晶须或颗粒。非连续增强钛基复合材料保持了连续纤维增强钛基复合材料的优点，同时具有制备工艺简单、成本低等优势。与传统非连续晶须/颗粒增强钛基复合材料相比，原位自生晶须/颗粒增强钛基复合材料中的增强体与金属基体界面无杂质，结合牢固；因此，原位自生非连续增强钛基复合材料是目前的重要研究方向。对于钛基体材料，TiB晶须(TiBw)被认为是最佳增强相，一方面其具有高弹性模量、高硬度的优点，而且化学性质稳定，可稳定的存在于基体中。另一方面其与基体钛之间有非常相近的密度和热膨胀系数，与钛基体材料具有好的相容性，可有效降低复合材料中的残余应力。TiBw增强体可以用钛粉和硼粉(亦或TiB2粉)通过高温反应原位生成。此种在钛基复合材料中原位合成陶瓷增强体的方法成本较低，而且合成的增强体可与基体材料形成良好的润湿。采用原位合成TiBw，能够有效增加增强体与基体之间的界面结合强度，不但可以提高复合材料的本征强度，而且相对基体而言具有更高的耐磨性，从而使得TiBw/Ti复合材料具有更广阔的应用。然而TiBw/Ti复合材料的基体与增强体物性的不同，也给它的再次加工成型带来了很大的难度，使得这种先进材料的连接成为难点，不利于其大规模实用化的实现。目前对于钛基复合材料连接技术的研究相对较少，尚未有较为成熟的钛基复合材料焊接技术。而且现有的连接方法研究大都针对于连续纤维增强钛基复合材料，针对于非连续增强钛基复合材料的连接研究甚少。
发明内容
本发明要解决目前非连续增强钛基复合材料难于连接的问题，而提供的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，具体是按照以下步骤完成的:一、依次用400#、600#、800#金相砂纸将TiBw/TC4钛基复合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、将步骤一得到的母材和箔片钎料浸入丙酮中，超声清洗时间为15min 40min， 再用无水乙醇冲洗，然后风干，得到待焊的母材和箔片钎料；
三、将步骤二得到的母材之间放入箔片钎料，压紧，再放入真空炉中，控制真空度为1.3X10_3Pa，加热速率为10°C/min 20°C/min，加热至温度为300°C，保温时间为20min 40min,然后控制加热速率为10°C /min 20°C /min,加热至钎焊温度为920°C 1000°C，进行钎焊连接，其中保温时间为IOmin 50min，压力为1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。上述箔片钎料为市售产品，购买得到。本发明的有益效果是:采用本发明的T1-Zr-N1-Cu非晶箔片，可以实现TiBw/TC4钛基复合材料的有效连接，使用Ti35Zrl5Cul5Ni钎料在950°C保温30min时得到接头的剪切强度为642MPa ;相应工艺下的抗拉强度为1066MPa，断裂发生在TiBw/TC4母材上。本发明用于利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料。
图1为实施例一中TiBw/TC4钛基复合材料的扫描电镜图；图2为实施例一中钎焊温度为920°C，进行钎焊连接，保温时间为20min，钎焊TiBw/TC4钛基复合材料接头的电子背散射照片。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一:本实施方式利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，具体是按照以下步骤完成的:一、依次用400#、600#、800#金相砂纸将TiBw/TC4钛基复合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、将步骤一得到的母材和箔片钎料浸入丙酮中，超声清洗时间为15min 40min，再用无水乙醇冲洗，然后风干，得到待焊的母材和箔片钎料；三、将步骤二得到的母材之间放入箔片钎料，压紧，再放入真空炉中，控制真空度为1.3X10_3Pa，加热速率为10°C/min 20°C/min，加热至温度为300°C，保温时间为20min 40min,然后控制加热速率为10°C /min 20°C /min,加热至钎焊温度为920°C 1000°C，进行钎焊连接，其中保温时间为IOmin 50min，压力为1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。上述箔片钎料为市售产品，购买得到。采用本实施方式的T1-Zr-N1-Cu非晶箔片，可以实现TiBw/TC4钛基复合材料的有效连接，使用Ti35Zrl5Cul5Ni钎料在950°C保温30min时得到接头的剪切强度为642MPa ；相应工艺下的抗拉强度为1066MPa，断裂发生在TiBw/TC4母材上。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中超声清洗时间为18min 30min。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
一或二不同的是:步骤二中超声清洗时间为20min。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤三中加热至温度为300°C，保温时间为30min。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤三中加热至钎焊温度为940°C，进行钎焊连接。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤三中加热至钎焊温度为950°C，进行钎焊连接，其中保温时间为20min。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤三中加热至钎焊温度为950°C，进行钎焊连接，其中保温时间为30min。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤三中加热至钎焊温度为980°C，进行钎焊连接，其中保温时间为20min。其它与具体实施方式
一相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果:实施例一: 本实施例利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，具体是按照以下步骤完成的: 一、依次用400#、600#、800#金相砂纸将TiBw/TC4钛基复合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、将步骤一得到的母材和箔片钎料浸入丙酮中，超声清洗时间为20min，再用无水乙醇冲洗，然后风干，得到待焊的母材和箔片钎料；三、将步骤二得到的母材之间放入箔片钎料，压紧，再放入真空炉中，控制真空度为1.3X10_3Pa，加热速率为10°C /min，加热至温度为300°C，保温时间为30min，然后控制加热速率为10°C /min，加热至钎焊温度为920°C 1000°C，进行钎焊连接，保温时间为IOmin 50min，压力为L 63 X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。上述箔片钎料为市售产品，购买得到。本实施例中TiBw/TC4钛基复合材料的扫描电镜图如图1所示。本实施例中钎焊温度为920°C，进行钎焊连接，保温时间为20min，钎焊TiBw/TC4钛基复合材料接头的电子背散射照片如图2所示。本实施例利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的力学测试结果如
下表所示:
权利要求
1.利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，具体是按照以下步骤完成的: 一、依次用400#、600#、800#金相砂纸将TiBw/TC4钛基复合材料打磨至表面光亮，得到母材； 二、将步骤一得到的母材和箔片钎料浸入丙酮中，超声清洗时间为15min 40min，再用无水乙醇冲洗，然后风干，得到待焊的母材和箔片钎料； 三、将步骤二得到的母材之间放入箔片钎料，压紧，再放入真空炉中，控制真空度为1.3 X 10 ,加热速率为10°C /min 20°C /min,加热至温度为300°C，保温时间为20min 40min，然后控制加热速率为10°C /min 20°C /min,加热至钎焊温度为920°C 1000°C，进行钎焊连接，其中保温时间为IOmin 50min，压力为1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。
2.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤二中超声清洗时间为18min 30min。
3.根据权利要求2所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤二中超声清洗时间为20min。
4.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤三中加热至温度为300°C，保温时间为30min。
5.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤三中加 热至钎焊温度为940°C，进行钎焊连接。
6.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤三中加热至钎焊温度为950°C，进行钎焊连接，其中保温时间为20min。
7.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤三中加热至钎焊温度为950°C，进行钎焊连接，其中保温时间为30min。
8.根据权利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，其特征在于步骤三中加热至钎焊温度为980°C，进行钎焊连接，其中保温时间为20min。
全文摘要
利用Ti-Zr-Ni-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法，本发明涉及钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法。本发明要解决目前非连续增强钛基复合材料难于连接的问题。方法一、制备母材；二、清洗，风干；三、钎焊。采用本发明的Ti-Zr-Ni-Cu非晶箔片，可以实现TiBw/TC4钛基复合材料的有效连接，使用Ti35Zr15Cu15Ni钎料在950℃保温30min时得到接头的剪切强度为642MPa；相应工艺下的抗拉强度为1066MPa，断裂发生在TiBw/TC4母材上。本发明用于利用Ti-Zr-Ni-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料。
文档编号B23K1/20GK103212764SQ20131013798
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者张 杰, 董芸松, 黄陆军, 刘春风, 王国超, 王天鹏, 刘晓文, 刘佳音, 章强 申请人:哈尔滨工业大学