一种TiAl和氮化硅的钎焊方法与流程

本发明涉及钎焊领域，具体涉及一种tial和氮化硅的钎焊方法。

背景技术

作为航天航空，军事等重要领域中广泛应用的tial合金，具有低密度、高强度比、比模量、强度高、高耐蚀、耐热等一系列特性；而同样在这些领域被重点开发和应用的氮化硅陶瓷材料，则同样具有高热稳定性、高抗氧化能力、高化学稳定性强等诸多优良性能。由于tial合金和氮化硅材料的优良特性，在航天、航空等民用和军事领域有着极其重要的应用价值，而在实际应用中，不乏会涉及到两种材料的连接问题，氮化硅陶瓷材料作为耐高温材料，因此焊接需要很高的温度，而tial合金在800℃以上的抗氧化性能就会降低。这使得通过常规方法对tial合金和氮化硅材料进行焊接比较困难。

钎焊是采用金属材料钎料的焊接方法，钎料的熔点往往低于母材，焊接过程中只通过钎料的熔化来对母材进行润湿，填充接头之间的间隙并与母材发生一定程度的扩散来实现连接的方法。钎焊具有变形小、接头光滑、焊接精密、可以焊接异质材料等优点。但到目前为止利用钎焊对tial合金和氮化硅材料进行焊接的研究尤其是钎料选择的研究仍然十分缺乏。本发明利用钎焊技术，选择合适的钎料和焊接工艺参数，提供了tial和氮化硅的钎焊方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种tial和氮化硅的钎焊方法，所获得的焊接接头具有较好的抗拉强度和剪切强度、焊缝成型良好，材料焊接后的综合性能优良，其制备方法原理可靠，操作简便，具有重要的应用价值。

一种tial和氮化硅的钎焊方法，用于焊接tial合金和氮化硅材料，该方法通过如下步骤制备：

1)将待钎焊的tial合金和氮化硅材料表面进行打磨、抛光预处理；

2)将步骤1)预处理后tial合金和氮化硅材料进行清洗后干燥；

3)将步骤2)干燥后的tial合金和氮化硅材料按照tial合金在上、氮化硅材料在下堆放在石墨模具中，tial合金和氮化硅材料中间放置cu-ag钎料箔，然后放入真空钎焊炉中；

4)对放置在上面的tial合金施加压力；

5)对真空钎焊炉进行升温，升温速率为10℃/min～25℃/min，当温度升至700℃～800℃时，保温15～25min，然后再以10℃/min～25℃/min的速度升温，当温度达到860℃～960℃时，保温5min～25min；保温结束后，设置降温速度为5～15℃/min，降温至200℃～300℃后，随炉自然冷却到室温。

基于上述技术方案，各步骤还可以具体采用如下优选方式或参数。

作为优选，所述的步骤1)中，将待钎焊的tial合金和氮化硅材料表面依次使用80目，180目，400目，1000目，1500目和2000目的金相砂纸打磨，然后再将待钎焊的两种材料分别置于抛光机上抛光至无划痕。

作为优选，所述的步骤2)中，清洗干燥过程如下：将待钎焊的ti-48al-2cr-2nb合金和氮化硅材料分别放入超声清洗机中，清洗剂采用无水乙醇，超声振动时间为300s，之后拿出放入干燥箱中进行干燥。

作为优选，所述的步骤3)中，cu-ag钎料箔的成分为cu-(45～55wt.％)ag。

作为优选，所述的步骤3)中，cu-ag钎料箔的厚度为100-200μm。

作为优选，所述的步骤4)中，对tial合金施加的压力大小为0.01-0.05mpa，压力作用在放置于上方的tial合金上。

作为优选，所述的步骤5)中，两次升温的速度应当保持一致。

作为优选，所述的步骤5)中，真空钎焊炉的真空度控制在不低于2×10^-3pa。

作为优选，所述的tial合金为ti-48al-2cr-2nb合金。

本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述方法制备的tial和氮化硅的钎焊焊接接头。

与现有技术相比，本发明的优点在于：用该方法制备的tial和氮化硅的钎焊焊接接头具有较好的抗拉强度和剪切强度、焊缝成型良好，材料焊接后的综合性能优良，其制备方法原理可靠，操作简便，具有重要的应用价值。

附图说明

图1为实施例1中tial和氮化硅钎焊接头的微观组织形貌图。

具体实施方式

下面根据附图、实施例以及对比例进一步说明本发明。

实施例1

将待焊接的tial合金(成分为ti-48al-2cr-2nb)和氮化硅材料的对接面加工平整，并对待钎焊的两种材料的表面依次使用80目，180目，400目，1000目，1500目和2000目的金相砂纸进行打磨，然后再将两种材料分别置于抛光机上抛光至无划痕。将抛光完成后的tial合金和氮化硅材料放入超声清洗机中，并采用无水乙醇进行清洗，超声振动时间为300s，之后拿出放入干燥箱中进行干燥。干燥完成后，将tial合金和氮化硅材料按照tial合金在上、氮化硅材料在下的放置方式堆放在石墨模具中，且tial合金和氮化硅材料之间放置有cu-45wt.％ag钎料箔(厚度为100μm)。将真空钎焊炉的真空度控制在2×10^-3pa，对放置在上面的tial合金施加压力，压力大小为0.02mpa，升温速率为20℃/min，当温度升至700℃时，保温20min，然后再以20℃/min的速度升温，当温度达到900℃时，保温25min；保温结束后，设置降温速度为10℃/min，降温至200℃后，随炉自然冷却到室温。

实施例2

采用实施例1中tial合金和氮化硅材料的钎焊方法，对tial合金和氮化硅材料进行钎焊，区别在于第二次升温升至960℃后保温25min，其它条件和实施例1相同。

对比例1

采用实施例1中tial合金和氮化硅材料的钎焊方法，对tial合金和氮化硅材料进行钎焊，但cu-45wt.％ag钎料箔的厚度为50μm。其它条件和实施例1相同。

对比例2

采用实施例1中tial合金和氮化硅材料的钎焊方法，对tial合金和氮化硅材料进行钎焊，区别在于第二次升温升至1060℃后保温25min，其它条件和实施例1相同。

对比例3

采用实施例1中tial合金和氮化硅材料的钎焊方法，对tial合金和氮化硅材料进行钎焊，但不对tial合金施加任何外加压力。其它条件和实施例1相同。

对比例4

采用实施例1中tial合金和氮化硅材料的钎焊方法，对tial合金和氮化硅材料进行钎焊，设置降温速度为30℃/min，降温至400℃后，随炉自然冷却到室温。其它条件和实施例1相同。

将上述实施例和对比例得到的钎焊接头置于万能试验机上测试其剪切强度，其结果如表1所示：

表1各实施例和对比例中获得的钎焊接头剪切强度

表1的数据表明本发明提供的tial和氮化硅的钎焊方法，获得焊接接头的剪切强度良好，其中实施例1获得的接头具有最高的剪切强度(175.63mpa)，远远高于其他实施例和对比例，图1也表明该接头的焊缝成型良好。升温降温以及压力设置方式的不同会导致焊头的剪切强度受到影响，本发明中合理的升温降温速率以及适当的外加压力，能够大大提高接头的焊接质量，避免强度不足或虚焊等现象，可以实现tial和氮化硅之间良好的连接。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。