AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合金的方法。
【背景技术】
[0002] 材料是现代社会发展的Ξ大支柱之一，其飞速的发展和变革是科学技术进步的重 要推动力。同时，人类社会和科学技术的进步也不断对材料提出新的要求，传统的钢铁材料 和有色金属材料已经无法满足新的服役条件和性能要求，特别是在快速发展的航天航空领 域，对轻质、高强和耐高溫材料的需求越来越强烈。近年来，一种新型的Ξ元碳化物或氮化 物陶瓷成为了众多材料科学研究者的焦点。1963年Jeitschko等人首次合成了一类具有 M2AX化学式的Ξ元化合物，并测定了其晶体结构。2000年，Barsoum等人对该类化合物进行 了系统的阐述，并将其定义为MAX相:一类热力学稳定的，具有纳米层状结构的Ξ元碳化物 或氮化物。运类陶瓷兼具许多金属和陶瓷的特性，缩小了金属与陶瓷之间的鸿沟，克服了金 属和陶瓷材料各自的局限性。
[0003] 与传统的高溫合金相比，MAX相陶瓷，尤其是含A1的MAX相作为高溫结构材料具有 独特的优势。W典型的211相TisAlC为例，其烙点高达1600°C，并且在真空条件下，结构稳定 性可W维持到1400°C。与典型的高溫合金相比，TisAlC陶瓷的密度为4.1g/cm3,仅为儀基高 溫合金的一半;其热导率为46W . nfi · K-i，是儀基高溫合金的四倍。除此之外，TisAlC陶瓷还 具有优异的高溫力学性能，其高溫压缩实验结果表明，陶瓷在1200°CW上仍可W保持室溫 的弹性模量，并且其抗压强度达到170M化。其热震实验结果表明，当ΔΤ=1300Κ时，基体仍 保持了 75%的强度。与此同时，Α1原子的存在赋予了陶瓷优异的抗氧化和抗气氛腐蚀能力。 实验结果表明，TisAlC在1000-1300°C之间的氧化增重与氧化时间的立方根的倒数成正比， 在1200°C时其氧化速率仅为l.lXl0-l吨g3·πΓ6·sΛ同时，氧化生成的α-Al203氧化膜和 TisAlC具有近似的热膨胀系数，因此TisAlC基体与氧化膜的残余应力小，其循环抗氧化能力 也十分优异。最后，虽然通常裂纹对于其他陶瓷材料都是致命的，但是TisAlC陶瓷不但在常 溫下具有一定的损伤容限，在高溫下由于氧化反应带来的体积增大效应，裂纹还具有自愈 合能力。由此可见，TisAlC陶瓷有望成为新一代的高溫结构材料，应用于航空发动机的高溫 零部件、燃气喷嘴，热循环频繁交替的加热体及原子能反应堆的覆层材料。
[0004] 根据Ti-A^CS元体系在1300°C的等溫截面相图可知，TisAlC分别与TiCx和Ti-Al 金属间化合物处于Ξ元相区，而单一的TisAlC相区十分狭窄，运导致在最终合成的TisAlC陶 瓷中总会存在TiCx等杂质，因此目前的制备方法都不适用于合成大尺寸、复杂形状的块体 材料。为了克服运一瓶颈，实现TisAlC陶瓷的针焊，尤其是与儀基高溫合金的连接，制成 Ti2AlC-Ni复合构件，可W大大降低构件的比重，提高使用溫度，改善抗腐蚀性能，更好地发 挥陶瓷与金属各自的性能优势。截止至目前，国内外关于TisAlC陶瓷针焊的文献报导比较 少，并且还没有采用儀基高溫针料针焊TisAlC陶瓷的相关报导。目前的TisAlC陶瓷在针焊过 程中容易发生分解，焊接结构件服役时的可靠性差。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决目前的TisAlC陶瓷在针焊过程中容易发生分解，焊接结构件服 役时的可靠性差的技术问题，而提供一种使用BM-2针料针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合 金的方法。
[0006] 本发明的一种使用BNi-2针料针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合金的方法是按W下 步骤进行的：
[0007] -、准备针焊试样:采用线切割的方法制备TisAlC陶瓷块体，然后在预磨机上依次 使用100#、320#、600#、1000#和1500#的水砂纸打磨1'1241邱甸瓷块体的待焊面，再使用颗粒 度为0.5WI1的金刚石抛光剂进行机械抛光至TisAlC陶瓷块体的待焊面没有划痕，得到TisAlC 陶瓷母材；
[000引采用线切割的方法制备金属Ni块体或Ni合金块体，然后依次使用200#、500#、 1000#和2000#的金相砂纸打磨金属Ni块体或Ni合金块体的待焊面，得到金属Ni母材或Ni合 金母材；
[0009] 将TisAlC陶瓷母材和金属Ni母材或Ni合金母材放入丙酬中超声清洗lOmin，再放 入无水乙醇中超声清洗lOmin，然后风干，使用有机粘结剂将BNi-2针料粉末调至糊状，然后 均匀地涂抹在清洗后的TisAlC陶瓷母材待焊面和清洗后的金属Μ母材或清洗后的Μ合金 母材待焊面，再W针料层为中间层形式装配成Ξ明治结构，得到待焊件;所述的有机粘结剂 的体积与BNi-2针料粉末的质量比为ImL: 1.5g;
[0010] 二、针焊:将步骤一得到的待焊件放在模具中，然后将模具放在真空加热炉中，对 待焊件施加5MPa~lOMPa的机械压力，然后进行抽真空，当炉内的真空度为10-3化时，在炉内 的真空度为l(T3Pa和对待焊件施力日5MPa~lOMPa的机械压力的条件下将炉内溫度从室溫升 溫至300°C，并在炉内的真空度为l(T3Pa、对待焊件施加5M化~10M化的机械压力和炉内溫度 为300°C的条件下保溫10min-30min，在炉内的真空度为1〇-3化和对待焊件施力日5MPa~lOMPa 的机械压力的条件下将炉内溫度从300°C升溫至1000°C~1100°C，并在炉内的真空度为10-3Pa、对待焊件施加5Μ化~10Μ化的机械压力和炉内溫度为10 00 °C~1100 °C的条件下保溫 15min-60min，然后在炉内的真空度为10-3化和对待焊件施力日5MPa~lOMPa的机械压力的条 件下W5°C/min的速率将炉内溫度从1000°C~1100°C冷却至300°C，再在炉内的真空度为 1〇-3化和对待焊件施加5M化~10M化的机械压力的条件下随炉冷却至室溫，即完成使用BNi- 2针料针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合金。
[0011]本发明的优点：
[0012]本发明提高针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合金焊接结构件服役时的可靠性，同时 采用儀基高溫针料有利于提高接头的高溫力学性能和抗氧化性，使该焊接结构件有望利用 于高溫领域。
[OOU] (1)、相比于其它含Cu、Al、Au等合金元素的针料，Ni基针料对TisAlC陶瓷稳定性的 影响更小，构件在高溫环境下服役时也越可靠；
[0014] (2)、BNi-2针料在TisAlC陶瓷表面具有良好的润湿性，获得针焊接头致密，没有孔 桐、裂纹等缺陷；
[0015] (3)、针焊过程中形成的交互作用区有助于缓解残余应力，并且在接头中没有形成 连续的金属间化合物，因此得到的焊接接头性能优异。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明步骤一装配的Ξ明治结构示意图，A为TisAlC陶瓷母材，B为针料层，C 为金属Ni或Ni合金母材；
[0017] 图2是试验一针焊后的成品接头的的图，区域A为TisAlC陶瓷母材，区域B为针 料和TisAlC陶瓷母材的交互作用区，区域C为焊缝，区域D为金属Ni母材。
【具体实施方式】
[001引【具体实施方式】一:本实施方式为一种使用BNi-2针料针焊TisAlC陶瓷和金属儀或 儀合金的方法，具体是按W下步骤进行的：
[0019] -、准备针焊试样:采用线切割的方法制备TisAlC陶瓷块体，然后在预磨机上依次 使用100#、320#、600#、1000#和1500#的水砂纸打磨1'1241邱甸瓷块体的待焊面，再使用颗粒 度为0.5WI1的金刚石抛光剂进行机械抛光至TisAlC陶瓷块体的待焊面没有划痕，得到TisAlC 陶瓷母材；
[0020] 采用线切割的方法制备金属Ni块体或Ni合金块体，然后依次使用200#、500#、 1000#和2000#的金相砂纸打磨金属Ni块体或Ni合金块体的待焊面，得到金属Ni母材或Ni合 金母材；
[0021] 将TisAlC陶瓷母材和金属Ni母材或Ni合金母材放入丙酬中超声清洗lOmin，再放 入无水乙醇中超声清洗lOmin，然后风干，使用有机粘结剂将BNi-2针料粉末调至糊状，然后 均匀地涂抹在清洗后的TisAlC陶瓷母材待焊面和清洗后的金属Μ母材或清洗后的Μ合金 母材待焊面，再W针料层为中间层形式装配成Ξ明治结构，得到待焊件;所述的有机粘结剂 的体积与BNi-2针料粉末的质量比为ImL: 1.5g;
[0022] 二、针焊:将步骤一得到的待焊件放在模具中，然后将模具放在真空加热炉中，对 待焊件施加5MPa~lOMPa的机械压力，然后进行抽真空，当炉内的真空度为10-3化时，在炉内 的真空度为l(T3Pa和对待焊件施力日5MPa~lOMPa的机械压力的条件下将炉内溫度从室溫升 溫至300°C，并在炉内的真空度为l(T3Pa、对待焊件施加5M化~10M化的机械压力和炉内溫度 为300°C的条件下保溫10min-30min，在炉内的真空度为1〇-3化和对待焊件施力日5MPa~lOMPa 的机械压力的条件下将炉内溫度从300°C升溫至1000°C~1100°C，并在炉内的真空度为10-3Pa、对待焊件施加5Μ化~10Μ化的机械压力和炉内溫度为10 00 °C~1100 °C的条件下保溫 15min-60min，然后在炉内的真空度为10-3化和对待焊件施力日5MPa~lOMPa的机械压力的条 件下W5°C/min的速率将炉内溫度从1000°C~1100°C冷却至300°C，再在炉内的真空度为 1〇-3化和对待焊件施加5M化~10M化的机械压力的条件下随炉冷却至室溫，即完成使用BNi- 2针料针焊TisAlC陶瓷和金属儀或儀合金。
【具体实施方式】 [0023] 二:本实施方式与一的不同点是:步骤一所述的有机 粘结剂是由径乙基纤维素和蒸馈水混合而成，径乙基纤维素和蒸馈水的质量比为1:99。其 他与一相同。
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