专利名称：一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高温钎焊材料及其制备方法。
背景技术：
TiAl基合金具有高的比强度、比刚度，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，使用温度可望达到900°C以上。TiAl基合金被公认为是代替钛合金和镍基高温合金的理想材料，拥有广阔的应用前景，是一种非常有发展潜力的轻质高温材料。自从1975年美国空军材料实验室提出第一个TiAl基合金发展计划以来，TiAl基合金一直是全世界范围内航空、 航天、军工等重要工业部门积极支持并组织研究的热点材料。经过二十多年来各国研究者们深入细致的基础研究工作，TiAl基合金的发展已经步入实用化的研究阶段。TiAl基合金除有望直接用于结构材料外，还可以制作航空、航天、汽车等发动机的零部件以及高速飞行器的翼、壳体等。然而，TiAl基合金在工程上要想获得广泛的应用，必然要涉及到焊接问题，包括其自身的焊接及其它材料的焊接。关于TiAl基合金的焊接，国内外学者已展开了相关的研究工作，根据文献及相关报道，TiAl基合金自身熔点高，硬度大，且低温塑性差，其焊接性表明，钎焊是实现TiAl基合金连接是一种较为合适的方法。然而，目前用于TiAl基合金钎焊的钎料及其制备方法还存在以下问题1、铝基钎料，由于该钎料自身熔点较低，使得获得的TiAl基合金钎焊接头的使用温度低，难以在高温下使用，不能发挥TiAl合金的高温应用价值。另外在接头内已形成脆性的TiA13化合物，严重降低接头的力学性能。2、银基钎料，与铝基钎料相似，获得的钎焊接头使用温度低于500°C，难以长时间在高温条件下使用。且银基钎料价格昂贵，生产成本高。3、镍基钎料，采用镍基钎料获得的钎焊接头可以在较高的温度下使用，但是在接头内容易生成脆性金属间化合物，严重降低了接头的力学性能。且目前镍基钎料大都采用 Si、B等作为降熔元素，对接头的抗氧化及腐蚀性能不利。4、钛基钎料，采用钛基钎料获得的钎焊接头使用温度高，高温环境下强度好，但目前常用的钛基钎料种类较少，且大都含有贵金属元素(如Zr、Hf等)。生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决采用传统钎料获得的TiAl基合金钎焊接头使用温度低，高温环境下接头性能差、所用钎料价格昂贵、钎料制备工艺复杂的问题，而提供一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法。用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由32 % 36 %的Ti、40 % 44%的Ni和20% 沘％的V制成。制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行一、按重量百分比称取32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的V ；二、将称取的Ti、Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为1 X 10_31 X IO-1Pa,然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼6 12次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。本发明所制备的高温钎料，经电弧熔炼后形成TiNi金属间化合物和V的共晶组织，共晶温度为1150°C左右，钎焊加热过程中，钎料在该温度下熔化后润湿TiAl母材并在其表面铺展。V的存在可以增加TiAl中B2相的体积分数，提高其高温变形能力。冷却过程中M与Ti、Al形成τ 3相呈短棒状或条状分布于接头中。本发明制备的高温钎料采取预置钎料方式，钎焊温度1180°C时可以得到完整TiAl基合金接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可达到178 196MPa，800°C高温三次热循环后的室温抗剪强度可达到152 168MPa，80(TC高温抗剪强度可达到137 150MPa。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，其熔点合适，润湿性好，钎焊接头具有较好的室温及高温强度，且本发明的钎料成分中不含有Ag、^ 等贵金属，成本低廉。本发明涉及的钎焊材料及其制备方法用于TiAl基合金钎焊上具有钎焊接头 800°C高温环境下强度好、适用于各种形式接头、制备方法简便、制造成本低的优点。
图1为具体实施方式
十三中制备所得TiAl基合金钎焊的高温钎料的背散射电子衍射组织形貌图；图2为具体实施方式
十三中TiAl基合金接头的界面组织结构图；图3为具体实施方式
十三中TiAl基合金接头经800°C高温三次热循环后界面组织结构图；图4为具体实施方式
十三中TiAl基合金接头在800°C条件下经压剪测试后断口二次电子形貌图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的V制成。本实施方式中Ti、Ni和V均由金属单质组成，质量纯度为99. 9% 99. 95%。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由32%的Ti、44%的Ni和的V制成。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
一不同的是用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由36%的Ti、44%的Ni和20%的V制成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由33 % 的Ti、41 % 43%的Ni和23% 洸％的V制成。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
一不同的是用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由34%的Ti、42%的Ni和的V制成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行一、按重量百分比称取32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的 V ；二、将称取的Ti、Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为1 X 10_3 1 X 10 ,然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼6 12次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。本实施方式步骤二中充入氩气的纯度为99. 99%。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六不同的是步骤一中按重量百分比称取33%的Ti、43%的Ni和M%的V。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
六不同的是步骤一中按重量百分比称取35%的Ti、40%的Ni和25%的V。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
六至八之一不同的是步骤二中真空度为lX10_3Pa。其它步骤及参数与具体实施方式
六至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
六至八之一不同的是步骤二中真空度为lXlO—Ta。其它步骤及参数与具体实施方式
六至八之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
六至十之一不同的是步骤二中反复熔炼8 10次。其它步骤及参数与具体实施方式
六至十之一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
六至十一之一不同的是步骤二中反复熔炼9次。其它步骤及参数与具体实施方式
式六至十一之一相同。
具体实施方式
十三本实施方式制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行一、按重量百分比称取34^^91132^^9^和的V ；二、将称取的Ti、 Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为1 X 10 ,然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼6次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。本实施方式中Ti的质量纯度为99. 92%,Ni的质量分数为99. 95%，V的质量分数为 99. 9%。本实施方式中制备所得TiAl基合金钎焊的高温钎料，由图1可以看出经真空电弧熔炼后，获得了均勻的铸造组织，X射线衍射分析结果显示该钎料主要为TiNi金属间化合物和V的共晶组织。本实施方式中制备的高温钎料采取预置钎料方式，在1180°C /IOmin条件下钎焊 TiAl获得了完整TiAl基合金接头，其室温抗剪性能可以达到196MPa，800°C高温三次热循环后的室温抗剪强度可以达到165MPa，80(TC高温抗剪强度可以达到148MPa ；TiAl基合金接头界面组织结构如图2所示，且经能谱分析和X射线衍射分析可知，界面处形成了 B2相及τ3相。TiAl基合金接头经800°C高温三次热循环后界面组织结构如图3所示，对比图2 可以看出，经高温热循环后该接头界面结构无明显变化，具有较好的组织热稳定性。TiAl基合金接头在800 V条件下经压剪测试后断口二次电子形貌如图4所示，可以看出，接头断裂于TiAl母材侧，说明钎焊接头具有较好的高温强度；因此采用本实施方式制备的高温钎料可实现TiAl基合金的可靠连接，钎料润湿性良好界面反应充分，接头内不存在焊接缺陷， 说明本实施方式中得到的高温钎料完全可以满足TiAl基合金的钎焊要求。
具体实施方式
十四本实施方式制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行一、按重量百分比称取sz^mTido^mNi和的ν ；二、将称取的Ti、 Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为1 X 10 ,然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼8次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。本实施方式中制备的高温钎料采取预置钎料方式，在1180°C /IOmin条件下钎焊 TiAl获得了完整TiAl基合金接头，其室温抗剪性能可以达到196MPa，800°C高温三次热循环后的室温抗剪强度可以达到168MPa，800°C高温抗剪强度可以达到150MPa。
权利要求
1.一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由32 % 36 %的Ti、40 % 44%的Ni和20 % 沘％的V制成。
2.根据权利要求1所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于 TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由33 % 34 %的Ti、41 % 43 %的Ni和 23% 洸％的V制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于 TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由34%的Ti、42%的Ni和的V制成。
4.制备如权利要求1所述一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法，其特征在于制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行一、按重量百分比称取32% 36 %的Ti、40 % 44%的Ni和20 % 沘％的V ；二、将称取的Ti、Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为IX 10_3 IX KT1Pa,然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼6 12次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。
5.根据权利要求4所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤一中按重量百分比称取33%的Ti、43%的Ni和M%的V。
6.根据权利要求4所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤一中按重量百分比称取35%的Ti、40%的Ni和25%的V。
7.根据权利要求4、5和6所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中反复熔炼8 10次。
8.根据权利要求7所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中反复熔炼9次。
全文摘要
一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法，它涉及一种高温钎料及其制备方法。它解决了采用传统钎料获得的TiAl基合金钎焊接头使用温度低，高温环境下接头性能差、所用钎料价格昂贵、钎料制备工艺复杂的问题。钎料由Ti、Ni和V制成。方法一、称取原料；二、原料装入电弧熔炼设备中抽真空，然后充入氩气，再进行熔炼合金化，反复熔炼并冷却后即完成。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，其熔点合适，润湿性好，钎料成分中不含有Ag、Zr等贵金属，成本低廉；钎焊接头800℃高温环境下强度好、适用于各种形式接头、制备方法简便。
文档编号B23K35/40GK102198569SQ20111009822
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者冯吉才, 宋晓国, 张丽霞, 曹健, 蔺晓超, 金贵东 申请人:哈尔滨工业大学