專利名稱：一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫釬焊材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
TiAl基合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，使用溫度可望達(dá)到900°C以上。TiAl基合金被公認(rèn)為是代替鈦合金和鎳基高溫合金的理想材料，擁有廣闊的應(yīng)用前景，是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)高溫材料。自從1975年美國空軍材料實(shí)驗(yàn)室提出第一個(gè)TiAl基合金發(fā)展計(jì)劃以來，TiAl基合金一直是全世界范圍內(nèi)航空、 航天、軍工等重要工業(yè)部門積極支持并組織研究的熱點(diǎn)材料。經(jīng)過二十多年來各國研究者們深入細(xì)致的基礎(chǔ)研究工作，TiAl基合金的發(fā)展已經(jīng)步入實(shí)用化的研究階段。TiAl基合金除有望直接用于結(jié)構(gòu)材料外，還可以制作航空、航天、汽車等發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件以及高速飛行器的翼、殼體等。然而，TiAl基合金在工程上要想獲得廣泛的應(yīng)用，必然要涉及到焊接問題，包括其自身的焊接及其它材料的焊接。關(guān)于TiAl基合金的焊接，國內(nèi)外學(xué)者已展開了相關(guān)的研究工作，根據(jù)文獻(xiàn)及相關(guān)報(bào)道，TiAl基合金自身熔點(diǎn)高，硬度大，且低溫塑性差，其焊接性表明，釬焊是實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接是一種較為合適的方法。然而，目前用于TiAl基合金釬焊的釬料及其制備方法還存在以下問題1、鋁基釬料，由于該釬料自身熔點(diǎn)較低，使得獲得的TiAl基合金釬焊接頭的使用溫度低，難以在高溫下使用，不能發(fā)揮TiAl合金的高溫應(yīng)用價(jià)值。另外在接頭內(nèi)已形成脆性的TiA13化合物，嚴(yán)重降低接頭的力學(xué)性能。2、銀基釬料，與鋁基釬料相似，獲得的釬焊接頭使用溫度低于500°C，難以長時(shí)間在高溫條件下使用。且銀基釬料價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高。3、鎳基釬料，采用鎳基釬料獲得的釬焊接頭可以在較高的溫度下使用，但是在接頭內(nèi)容易生成脆性金屬間化合物，嚴(yán)重降低了接頭的力學(xué)性能。且目前鎳基釬料大都采用 Si、B等作為降熔元素，對接頭的抗氧化及腐蝕性能不利。4、鈦基釬料，采用鈦基釬料獲得的釬焊接頭使用溫度高，高溫環(huán)境下強(qiáng)度好，但目前常用的鈦基釬料種類較少，且大都含有貴金屬元素(如Zr、Hf等)。生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決采用傳統(tǒng)釬料獲得的TiAl基合金釬焊接頭使用溫度低，高溫環(huán)境下接頭性能差、所用釬料價(jià)格昂貴、釬料制備工藝復(fù)雜的問題，而提供一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料及其制備方法。用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由32 % 36 %的Ti、40 % 44%的Ni和20% 沘％的V制成。制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法按以下步驟進(jìn)行一、按重量百分比稱取32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的V ；二、將稱取的Ti、Ni和V裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，真空度為1 X 10_31 X IO-1Pa,然后充入氬氣，再采用電弧加熱進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉6 12次，冷卻后即完成制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料。本發(fā)明所制備的高溫釬料，經(jīng)電弧熔煉后形成TiNi金屬間化合物和V的共晶組織，共晶溫度為1150°C左右，釬焊加熱過程中，釬料在該溫度下熔化后潤濕TiAl母材并在其表面鋪展。V的存在可以增加TiAl中B2相的體積分?jǐn)?shù)，提高其高溫變形能力。冷卻過程中M與Ti、Al形成τ 3相呈短棒狀或條狀分布于接頭中。本發(fā)明制備的高溫釬料采取預(yù)置釬料方式，釬焊溫度1180°C時(shí)可以得到完整TiAl基合金接頭，接頭具有良好力學(xué)性能，其室溫抗剪性能可達(dá)到178 196MPa，800°C高溫三次熱循環(huán)后的室溫抗剪強(qiáng)度可達(dá)到152 168MPa，80(TC高溫抗剪強(qiáng)度可達(dá)到137 150MPa。本發(fā)明所制備的釬料與現(xiàn)有的釬料對比，其熔點(diǎn)合適，潤濕性好，釬焊接頭具有較好的室溫及高溫強(qiáng)度，且本發(fā)明的釬料成分中不含有Ag、^ 等貴金屬，成本低廉。本發(fā)明涉及的釬焊材料及其制備方法用于TiAl基合金釬焊上具有釬焊接頭 800°C高溫環(huán)境下強(qiáng)度好、適用于各種形式接頭、制備方法簡便、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為具體實(shí)施方式
十三中制備所得TiAl基合金釬焊的高溫釬料的背散射電子衍射組織形貌圖；圖2為具體實(shí)施方式
十三中TiAl基合金接頭的界面組織結(jié)構(gòu)圖；圖3為具體實(shí)施方式
十三中TiAl基合金接頭經(jīng)800°C高溫三次熱循環(huán)后界面組織結(jié)構(gòu)圖；圖4為具體實(shí)施方式
十三中TiAl基合金接頭在800°C條件下經(jīng)壓剪測試后斷口二次電子形貌圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的V制成。本實(shí)施方式中Ti、Ni和V均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為99. 9% 99. 95%。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由32%的Ti、44%的Ni和的V制成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由36%的Ti、44%的Ni和20%的V制成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由33 % 的Ti、41 % 43%的Ni和23% 洸％的V制成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由34%的Ti、42%的Ni和的V制成。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法按以下步驟進(jìn)行一、按重量百分比稱取32% 36%的Ti、40% 44%的Ni和20% 沘％的 V ；二、將稱取的Ti、Ni和V裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，真空度為1 X 10_3 1 X 10 ,然后充入氬氣，再采用電弧加熱進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉6 12次，冷卻后即完成制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料。本實(shí)施方式步驟二中充入氬氣的純度為99. 99%。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟一中按重量百分比稱取33%的Ti、43%的Ni和M%的V。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟一中按重量百分比稱取35%的Ti、40%的Ni和25%的V。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至八之一不同的是步驟二中真空度為lX10_3Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至八之一不同的是步驟二中真空度為lXlO—Ta。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十之一不同的是步驟二中反復(fù)熔煉8 10次。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十一之一不同的是步驟二中反復(fù)熔煉9次。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
式六至十一之一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法按以下步驟進(jìn)行一、按重量百分比稱取34^^91132^^9^和的V ；二、將稱取的Ti、 Ni和V裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，真空度為1 X 10 ,然后充入氬氣，再采用電弧加熱進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉6次，冷卻后即完成制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料。本實(shí)施方式中Ti的質(zhì)量純度為99. 92%,Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 95%，V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 99. 9%。本實(shí)施方式中制備所得TiAl基合金釬焊的高溫釬料，由圖1可以看出經(jīng)真空電弧熔煉后，獲得了均勻的鑄造組織，X射線衍射分析結(jié)果顯示該釬料主要為TiNi金屬間化合物和V的共晶組織。本實(shí)施方式中制備的高溫釬料采取預(yù)置釬料方式，在1180°C /IOmin條件下釬焊 TiAl獲得了完整TiAl基合金接頭，其室溫抗剪性能可以達(dá)到196MPa，800°C高溫三次熱循環(huán)后的室溫抗剪強(qiáng)度可以達(dá)到165MPa，80(TC高溫抗剪強(qiáng)度可以達(dá)到148MPa ；TiAl基合金接頭界面組織結(jié)構(gòu)如圖2所示，且經(jīng)能譜分析和X射線衍射分析可知，界面處形成了 B2相及τ3相。TiAl基合金接頭經(jīng)800°C高溫三次熱循環(huán)后界面組織結(jié)構(gòu)如圖3所示，對比圖2 可以看出，經(jīng)高溫?zé)嵫h(huán)后該接頭界面結(jié)構(gòu)無明顯變化，具有較好的組織熱穩(wěn)定性。TiAl基合金接頭在800 V條件下經(jīng)壓剪測試后斷口二次電子形貌如圖4所示，可以看出，接頭斷裂于TiAl母材側(cè)，說明釬焊接頭具有較好的高溫強(qiáng)度；因此采用本實(shí)施方式制備的高溫釬料可實(shí)現(xiàn)TiAl基合金的可靠連接，釬料潤濕性良好界面反應(yīng)充分，接頭內(nèi)不存在焊接缺陷， 說明本實(shí)施方式中得到的高溫釬料完全可以滿足TiAl基合金的釬焊要求。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法按以下步驟進(jìn)行一、按重量百分比稱取sz^mTido^mNi和的ν ；二、將稱取的Ti、 Ni和V裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，真空度為1 X 10 ,然后充入氬氣，再采用電弧加熱進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉8次，冷卻后即完成制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料。本實(shí)施方式中制備的高溫釬料采取預(yù)置釬料方式，在1180°C /IOmin條件下釬焊 TiAl獲得了完整TiAl基合金接頭，其室溫抗剪性能可以達(dá)到196MPa，800°C高溫三次熱循環(huán)后的室溫抗剪強(qiáng)度可以達(dá)到168MPa，800°C高溫抗剪強(qiáng)度可以達(dá)到150MPa。
權(quán)利要求
1.一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料，其特征在于用于TiAl基合金釬焊的高溫釬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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料，其特征在于用于 TiAl基合金釬焊的高溫釬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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料，其特征在于用于 TiAl基合金釬焊的高溫釬料按照重量百分比由34%的Ti、42%的Ni和的V制成。
4.制備如權(quán)利要求1所述一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法，其特征在于制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的方法按以下步驟進(jìn)行一、按重量百分比稱取32% 36 %的Ti、40 % 44%的Ni和20 % 沘％的V ；二、將稱取的Ti、Ni和V裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，真空度為IX 10_3 IX KT1Pa,然后充入氬氣，再采用電弧加熱進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉6 12次，冷卻后即完成制備用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的制備方法，其特征在于步驟一中按重量百分比稱取33%的Ti、43%的Ni和M%的V。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的制備方法，其特征在于步驟一中按重量百分比稱取35%的Ti、40%的Ni和25%的V。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5和6所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的制備方法，其特征在于步驟二中反復(fù)熔煉8 10次。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料的制備方法，其特征在于步驟二中反復(fù)熔煉9次。
全文摘要
一種用于TiAl基合金釬焊的高溫釬料及其制備方法，它涉及一種高溫釬料及其制備方法。它解決了采用傳統(tǒng)釬料獲得的TiAl基合金釬焊接頭使用溫度低，高溫環(huán)境下接頭性能差、所用釬料價(jià)格昂貴、釬料制備工藝復(fù)雜的問題。釬料由Ti、Ni和V制成。方法一、稱取原料；二、原料裝入電弧熔煉設(shè)備中抽真空，然后充入氬氣，再進(jìn)行熔煉合金化，反復(fù)熔煉并冷卻后即完成。本發(fā)明所制備的釬料與現(xiàn)有的釬料對比，其熔點(diǎn)合適，潤濕性好，釬料成分中不含有Ag、Zr等貴金屬，成本低廉；釬焊接頭800℃高溫環(huán)境下強(qiáng)度好、適用于各種形式接頭、制備方法簡便。
文檔編號B23K35/40GK102198569SQ20111009822
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者馮吉才, 宋曉國, 張麗霞, 曹健, 藺曉超, 金貴東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)