用于TiAl或Ti₃Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料的制作方法

专利名称：用于TiAl或Ti₃Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料的制作方法
用于TiAI或Ti3AI合金钎焊的钛-锆-铁基钎料技术领域
本发明是一种用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，属于焊接技术领域。
背景技术：
Ti-Al基合金(TiAl或Ti3Al)具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是非常具有发展前途的轻质耐高温结构材料。
由于Ti-Al基合金的综合性能优势，在航空、航天、汽车等领域具有良好的应用前景。国外在上世纪九十年代末期就开展了 Ti-Al基合金的连接技术研究并相继取得一系列结果。而Ti-Al基合金的工程化应用必然要涉及到焊接问题。
钎焊是一种适于连接Ti-Al基合金的方法。当前国内外对Ti-Al基合金钎焊的研究绝大多数使用Al基、Ti基或Ag基钎料，对于Ti基钎料，钎焊接头室温剪切强度达至丨J 322MPa (S. J. Lee, S. K. ffu. Infrared joiningstrength and interfacial microstructures of Ti-48Al-2Nb-2Cr intermetallicsusing Ti-15Cu-15Ni foil. Intermetal lies, 1999，7:11-21 )，对于AgCu共晶钎料，钎焊接头剪切强度达到345MPa (R. K. Shiue, S. K. ffu, S. Y. Chen. Infrared brazing of TiAl intermetallic using Bag-8braze alloy. ActaMaterialia, 2003, 51:1991-2004),但由于受到钎料溶化温度的限制，钎焊接头的耐热温度明显低于TiAl材料本身能够承受的工作温度，适于Ti-Al基合金钎焊的高温钎料的研究还鲜见报道。而采用镍基高温钎料在接头内极易生成脆性金属间化合物，严重降低接头力学性能。国内哈工大何鹏使用TiH2、Ni、Si、C原料进行球磨制粉在 1180° C/15min条件下钎焊TiAl合金室温及800° C剪切性能最高达到256MPa和207MPa。 (Peng He, Duo Liu, Erjing Shang, Ming Wang. Materials Characterization, 2009，60:p30 -35.)发明内容
本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛_锆_铁基钎料，其目的是提高接头室、高温性能。
本发明的目的是通过以下技术措施来实现的
本发明技术方案提出了一种用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O,Fe :13. O 20. O, Ti余量，或 Zr :20· O 30. 0，Fe :7· O 12. 9，Cu :2· O 8. 0，Ni 2. O 6. 0，Ti 余量。
上述技术方案中，所述钛-锆-铁基钎料在保证钎料熔化温度和钎料性能的基础上，通过减少钎料中与Ti元素反应剧烈的Cu、Ni元素的含量,甚至不添加Cu、Ni元素,并适当增加Fe元素含量，因为Fe元素与Ti元素反应程度较Cu、Ni元素与Ti元素反应程度弱，从而达到控制接头界面反应程度的目的，避免接头生成过多的脆性化合物相。
在上述技术方案的基础上，在不添加Cu、Ni元素的情况下，该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe :14. O 18. O, Ti余量。该种配比，通过进一步降低 Fe元素含量，目的是进一步控制钎料与TiAl或Ti3Al合金的界面反应程度，避免生成过多的Ti-Fe脆性化合物相，降低接头性能。
在添加Cu、Ni元素的情况下，该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe 8. O 12. O, Cu 2. O 8· 0，Ni 2. O 6· 0，Ti余量。该种配比的目的与上述相同，也是通过调整Fe元素含量，来实现控制界面反应程度，避免生成过多的脆性化合物相， 降低接头性能。
在添加Cu、Ni元素的情况下，本发明技术方案还提出两种钎料的化学成份及重量百分比为Zr :20· O 30. 0，Fe :8· O 12. O, Cu :3.0 7.0，Ni :2. O 6. 0，Ti 余量，或 Zr 20. O 30. O, Fe 8. O 12. O, Cu 3. O 7. 0，Ni 3. O 5. 0，Ti 余量。这两种配比是通过减少Cu、Ni元素的含量，进一步控制接头界面反应程度，避免接头生成过的的Ti-CiuTi-Ni 或Ti-Cu-Ni脆性化合物相，降低接头性能。
本发明技术方案与传统的Ti-13Zr-21Cu-9Ni及Ti_15Cu_15Ni钎料相比，显著减少Cu、Ni元素含量，减少了接头中形成的脆性化合物相，钎焊温度可达到1030° C 1070° C，比Al基、Ag基、Ti基钎料的钎焊温度有明显提高，从而达到提高接头性能的目的。


图I为采用本发明技术方案钎料钎焊TiAl/TiAl的接头组织的照片。
图2为采用本发明技术方案钎料钎焊Ti3AVTi3Al的接头组织的照片。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述
表I给出了本发明技术方案所述钎料的成份及重量百分比组成。
表I本发明技术方案所述钎料的成分及重量百分比
权利要求
1.一种用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe 13. O 20. O, Ti余量，或Zr 20. O 30. 0，Fe 7. O 12. 9，Cu 2. O 8. 0，Ni 2. O 6. 0，Ti 余量。
2.根据权利要求I所述的用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe :14. O 18. O, Ti余量。
3.根据权利要求I所述的用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe :8. O 12. O, Cu :2. O 8.O, Ni 2. O 6. 0，Ti 余量。
4.根据权利要求I所述的用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe :8. O 12. O, Cu :3. O 7.O, Ni 2. O 6. 0，Ti 余量。
5.根据权利要求I所述的用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于，该种钎料的化学成份及重量百分比为Zr 20. O 30. O, Fe :8. O 12. O, Cu :3. O 7.O, Ni 3. O 5. 0，Ti 余量。
全文摘要
本发明是一种用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其化学成份及重量百分比为Zr20.0～30.0，Fe13.0～20.0，Ti余量，或Zr20.0～30.0，Fe7.0～12.9，Cu2.0～8.0，Ni2.0～6.0，Ti余量。本发明钎料在1030℃～1070℃的钎焊温度下获得TiAl/TiAl及Ti3Al/Ti3Al合金接头，对应钎焊接头的室温剪切强度达到300～380MPa，钎焊TiAl合金接头760℃剪切强度达到210～250MPa，Ti3Al合金接头650℃剪切强度达到330～370MPa。本发明钎料适于对TiAl合金自身或Ti3Al合金自身的连接。
文档编号B23K35/32GK102922172SQ20121040927
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者熊华平, 叶雷, 李晓红, 陈波 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院