專利名稱：釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦基材料，尤其是一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著鈦和鈦基合金、鋯合金、功能陶瓷等新型材料在航空航天上的應(yīng)用越來越廣泛，釬焊連接在復雜結(jié)構(gòu)件和精密件的制備過程中表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢。在這些材料的釬焊過程中，鈦基釬料由于其抗氧化，抗腐蝕，接頭性能良好等優(yōu)點而被廣泛使用。目前已經(jīng)形成了 Ti-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu, Ti-Zr-Ni, Ti-Zr-Be, Ti-Zr-Cu-Ni 等三元和四元體系的鈦基釬料。鈦元素的化學性質(zhì)活潑，在高溫條件下可與很多元素反應(yīng)并形成脆性金屬間化合物，由于鈦基釬料中常含有較多的Cu和Ni元素，對于鈦合金而言屬于活性β穩(wěn)定元素，其主要作用是降低釬料的液相線溫度，但在釬焊過程中這些元素易于加快鈦合金共析轉(zhuǎn)變速度， 使得共析反應(yīng)后釬焊接頭中脆性相含量較高并局部富集，從而使接頭的性能降低。此外，由于大多數(shù)鈦基釬料都含有共晶組織成分，其釬料本身具有明顯的脆性，采用真空或氬氣保護條件下急冷快淬技術(shù)并進行后處理，可以獲得成分均勻的粉末釬料，但在復雜結(jié)構(gòu)件和精密件的預(yù)裝配和施焊過程中，其應(yīng)用將受到極大的限制。在粉末釬料制備方面，為了獲得成分均勻、工藝性能好的鈦基合金釬料粉末，中國專利CN 1695877Α(申請日2005年6月27日，
公開日2005年11月16日)針對國內(nèi)加工設(shè)備的現(xiàn)狀，提出了一種采用急冷技術(shù)制備Ti-Zr-Cu-Ni釬料粉末的方法。該方法是將配料經(jīng)電弧熔煉后，采用快淬分散，得到針狀、片狀或帶狀的快淬體后進行晶化處理，通過機械研磨獲得釬料粉末。該方法針對鈦基合金釬料的脆性，選擇粉末制備方法較為合理。但是該釬料并未對合金系的脆性特點進行成分控制，而是直接利用其脆性制取粉末，其工藝步驟較為復雜。首先，將釬料合金進行熔煉，然后急冷再經(jīng)機械研磨的三級步驟，由于鈦基釬料活性較強，這就對制備過程中每個環(huán)節(jié)尤其是在晶化過程的真空保持條件提出更高的要求。其次，粉末釬料在使用時時常需要與酒精或丙酮混合成膏狀使用，這在復雜結(jié)構(gòu)件裝配中存在較大的局限性。美國專利US 20100842406(申請日2010年7月23，
公開日2011年5月3日)認為鈦基粉末釬料制備過程中Ti、Zr元素易發(fā)生氧化，在霧化法制備過程中易引入雜質(zhì)，因此其在Ti-Zr-Ni (Cu)體系中直接摻入ττ基和Ti基粉末，并分析總結(jié)出兩者含量的較優(yōu)配比范圍為8 2 4 6。該方法是利用機械式混合的方法制備，降低了熔煉和霧化過程的氧化，但其成分均勻性和粉末釬料使用條件的局限性依然存在。在復合層釬料制備方面， 中國專利CN 101352787Α(申請日2008年9月11日，
公開日2009年1月觀日)采用爆炸復合及軋制工藝，制取Ti-Cu-Ni和Ti-Zr-Cu鈦基復合釬料箔。該工藝主要針對Ti-Cu-Ni 和Ti-Zr-Cu系釬料的脆性，采用純金屬爆炸復合的方法預(yù)制成三層復合板，后經(jīng)軋制成所需釬料箔帶，避免了合金系脆性帶來的不利，使純金屬復合層的塑性特性得到充分利用。但是該釬料在釬焊熱循環(huán)過程中各組分在接頭中均勻性將受到影響，容易形成偏析和氣孔等缺陷，從而影響接頭性能。
為了改善釬料成分，文章《Ti-&-Cu-Ni-Co系新釬料的成分設(shè)計及TC4合金釬焊接頭的力學性能》(航空材料學報，2006年第沈卷第1期，p59-62)針對俄羅斯型號鈦基釬料B Π Ρ16(名義成分Ti-13Zr-21Cu-9Ni，wt% )進行了改善研究，將Cu和Ni的總量降低到約20%水平，同時加入少量元素Co元素，其液相線溫度高達923°C，與B Π Ρ16釬料相比，其鋪展性能并未有明顯提高，剪切強度(333.9MPa)提高約20%。這種釬料將Cu和 Ni的總量控制在較低的水平，將會嚴重降低釬料共晶組分降低熔點的功效，從而出現(xiàn)其在 9600C /IOmin工藝條件下釬料與母材作用不明顯和中心殘留未熔透釬料的現(xiàn)象，如果升高釬焊溫度來促進釬料擴散又將超過鈦合金的β相轉(zhuǎn)變溫度導致母材性能下降。因此，釬料液相線溫度過高給釬焊工藝的設(shè)定和母材性能帶來不利影響，尤其是在β相轉(zhuǎn)變溫度較低鈦合金的應(yīng)用中將受到很大的限制。綜上所述，鈦基釬料的制備方面還存在以下問題(1)鈦基粉末釬料無法滿足小結(jié)構(gòu)件和復雜結(jié)構(gòu)件的使用；O) Ti-Cu-Ni、Ti-Zr-Cu和Ti-Zr-Cu-Ni系釬料共晶成分給不同形態(tài)釬料的制備造成很大不利，需要控制組元含量，同時獲得較低的液相線溫度；(3)釬料中金屬間化合物對接頭性能造成不利影響。鑒于目前現(xiàn)有技術(shù)的局限，本申請分析認為在鈦基釬料制備方面需要控制成分，改善釬料合金系成分和潤濕性，以降低接頭的脆性相帶來的不利影響。根據(jù)Ti-^ 合金相圖可知，Ti與^ 無限固熔，當Ti和^ 含量(質(zhì)量分數(shù))達到1 1時，合金熔點出現(xiàn)最低值371，因此釬料中^ 含量的增加將有助于釬料熔化溫度的降低，為了保證釬料具有良好的流動性和潤濕性，Cu和Ni的含量亦不能低于20%。 另外還需要控制工藝參數(shù)，以改善鈦基釬料的成帶性能，提高釬料的韌性才能滿足不同材料和不同結(jié)構(gòu)件的釬焊要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供一種可以避免共晶成分釬料脆性帶來的不利影響，使其在釬焊復雜結(jié)構(gòu)件時更加易于裝配和填隙的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，由Ti、Zr、Cu、Ni與 Co組成，上述組分的含量百分比范圍為Ti :；35 50%、Zr :25 ;35%、Cu :10 M%、Ni 5 15%、Co :0. 5 8%。本發(fā)明同時還提供一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的方法，包括以下步驟(1)將上述原材料按上述配比稱量制成配料；(2)將配料放入坩堝中在高純氬氣狀態(tài)下熔煉至少3次得到釬料合金錠；(3)將釬料合金錠粉碎后，裝入石英管中；(4)將爐腔內(nèi)的真空度抽至高真空后，充入高純氬氣；(5)開啟銅輥電源，設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍為20 80m/s ；(6)對石英管加熱，用高純氬氣將石英管中的熔體噴射到高速轉(zhuǎn)動的銅輥上，并在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。在步驟O)中，將坩堝內(nèi)抽至低真空，充入高純氬氣反復洗坩堝多次，并將釬料合金錠破碎并通過電磁攪拌，以使釬料合金錠成分均勻。
在步驟(3)中，石英管管口距離銅輥的距離為3 5mm。在步驟(6)中，對石英管進行加熱，500°C之前緩慢加熱，500°C以上快速加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)采用上述方法制備出的鈦基非晶釬料，具有表面光亮，邊緣整齊，并且成分均勻，韌性好，利于裝配和填隙的特點，其釬料帶厚度為40 80 μ m，具有較低的熔化溫度 820 870°C，釬焊溫度可設(shè)置為870 950°C，避免了釬焊溫度過高對母材的不利影響，具有優(yōu)越的釬焊工藝。(2)通過調(diào)節(jié)^ 的含量，并適當控制Cu和Ni的總量，提高了鈦基釬料合金的非晶形成能力和成帶性，改善了釬料合金脆性帶來的裝配困難。(3)通過在釬料合金中加入適量的Co，提高了釬料的抗氧化性能，有效的防止釬焊過程中金屬間化合物的富集，提高了釬焊接頭的綜合性能。


圖1為本發(fā)明制備方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施一中釬料DSC的曲線圖；圖3為本發(fā)明實施二中釬料DSC的曲線圖；圖4為本發(fā)明實施三中釬料DSC的曲線圖；圖5為本發(fā)明實施四中釬料DSC的曲線圖。
具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，將有助于對本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點，效果有更進一步的了解。本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，由Ti、Zr、Cu、Ni與Co組成，上述組分的含量百分比范圍為Ti 35 50%、Zr 25 35%、Cu 10 24%、Ni 5 15%、Co 0. 5 8%。本發(fā)明還提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的制備方法，包括以下步驟(1)將上述原材料按上述配比稱量制成配料；(2)將配料放入坩堝中在高純氬氣狀態(tài)下熔煉至少3次得到釬料合金錠；(3)將釬料合金錠粉碎后，裝入石英管中；(4)將爐腔內(nèi)的真空度抽至高真空后，充入高純氬氣；(5)開啟銅輥電源，設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍為20 80m/s ；(6)對石英管加熱，用高純氬氣將石英管中的熔體噴射到高速轉(zhuǎn)動的銅輥上，并在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。實施例一本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其組分與含量的百分比Ti :40%, Zr 35%, Cu :13%, Ni :9. 0%, Co :3. 0%。上述釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的制備方法包括以下步驟
(1)將Ti、Zr、Cu、Ni與Co按照上述配方在電子天平上稱重制配料，其中，Ti、&、 Cu、Ni和Co的純度均大于99. 99%。(2)將上述配料放入磁懸浮水冷坩堝中反復熔煉4次。其中，在熔煉之前先將磁懸浮水冷坩堝的內(nèi)真空抽到2. OX 10_2Pa，充入高純氬氣反復洗磁懸浮水冷坩堝4次，然后在氬氣保護狀態(tài)下進行熔煉4次。為保證熔煉釬料成分均勻，采用電磁攪拌，熔煉后得到釬料
合金Ii ο(3)將釬料合金錠后，取20g裝入單輥快淬系統(tǒng)石英管中。其中，石英管管口直徑為1. 2mm，石英管管口距離銅輥3. 0mm。(4)采用機械泵將快淬系統(tǒng)爐腔內(nèi)的真空度抽至1. OX 10-1 后，再開啟羅茨泵和擴散泵將真空度抽至2. OX 10_3Pa，然后向腔體中充入高純氬氣至-0. 04MPa。(5)開啟銅輥電源，銅輥的轉(zhuǎn)速設(shè)置為30m/s。(6)采用高頻電源對石英管進行加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣(壓力值0.03Mpa)將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。采用上述制備方法制成的非晶釬料為均勻箔帶，厚度為55士3 μ m，其熔化溫度范圍為843°C 856°C。采用該釬料真空釬焊TA15鈦合金，保溫30min條件下，釬焊溫度為 910°C和930°C時，接頭室溫拉伸強度分別為332MPa和421MPa。實施例二本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其組分與含量的百分比Ti :44. 5%, Zr :30%, Cu :10%, Ni 15%, Co :0. 5%。上述釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的制備方法包括以下步驟(1)將Ti、Zr、Cu、Ni與Co按照上述配方在電子天平上稱重制配料，其中，Ti、&、 Cu、Ni和Co的純度均大于99. 99%。(2)將上述配料放入磁懸浮水冷坩堝中反復熔煉4次。其中，熔煉之前先將坩堝內(nèi)真空抽到2. OX 10_2Pa，充入高純氬氣反復洗坩堝5次，然后在氬氣保護狀態(tài)下進行熔煉。 為保證熔煉釬料成分均勻，采用電磁攪拌并每次熔煉前將合金錠破碎，熔煉后得到釬料合
金Iio(3)將合金錠粉碎后，取25g裝入單輥快淬系統(tǒng)石英管中。其中，石英管管口直徑為1. 5mm，石英管管口距離銅輥3. 5mm。(4)采用機械泵將快淬系統(tǒng)爐腔內(nèi)真空度抽至1.0 X KT1Pa,后開啟羅茨泵和擴散泵將真空度抽至2. OX 10_3Pa，然后向腔體中充入高純氬氣至-0. 04MPa。(5)開啟銅輥電源，銅輥轉(zhuǎn)速設(shè)置為40m/s。(6)采用高頻電源對石英管進行加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣(壓力值0.03Mpa)將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。采用以上制備方法制得鈦基非晶釬料箔帶，釬料箔帶外觀光亮，邊緣整齊，厚度為 45士2 μ m。其熔化溫度范圍為827°C 843°C，取0. Ig士0. 01釬料在900°C X30min條件下，對TA15鈦合金進行鋪展試驗，其平均鋪展面積為122. 2mm2。在910°C X30min工藝下真空釬焊TA15鈦合金，接頭室溫拉伸強度為205MPa。
實施例三本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其組分與含量的百分比Ti :50%, Zr 25%, Cu :15%, Ni :5. 0%, Co :5. 0%。上述釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的制備方法包括以下步驟(1)將Ti、Zr、Cu、Ni與Co按照上述配方在電子天平上稱重制配料，其中，Ti、&、 Cu、Ni和Co的純度均大于99. 99%。(2)將上述配料放入磁懸浮水冷坩堝中反復熔煉4次。熔煉之前先將坩堝內(nèi)真空抽到2. 0 X 10 ,充入高純氬氣反復洗坩堝4次，然后在氬氣保護狀態(tài)下進行熔煉，為保證熔煉釬料成分均勻，采用電磁攪拌并每次熔煉前將合金錠破碎，熔煉后得到釬料合金錠。(3)將合金錠粉碎后，取35g裝入單輥快淬系統(tǒng)石英管中。其中，石英管管口扁口長度為8. 0mm，石英管管口距離銅輥3. 0mm。(4)采用機械泵將快淬系統(tǒng)爐腔內(nèi)真空度抽至1.0 X KT1Pa,后開啟羅茨泵和擴散泵將真空度抽至2. OX 10_3Pa，然后向腔體中充入高純氬氣至-0. 04MPa。(5)開啟銅輥電源，銅輥轉(zhuǎn)速設(shè)置為60m/s。(6)采用高頻電源對石英管進行加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣(壓力值0.03Mpa)將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。采用以上制備方法制得鈦基非晶釬料箔帶，釬料箔帶外觀光亮，邊緣整齊，厚度為 32士2 μ m。其熔化溫度范圍為 841°C，取0. Ig士0. 01釬料在900°C X30min條件下，對TA15鈦合金進行鋪展試驗，其平均鋪展面積為130. 1 士4mm2。實施例四本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其組分與含量的百分比Ti :35%, Zr 25%, Cu 24%，Ni :8. 0%，Co :8. 0%。上述釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的制備方法包括以下步驟(1)將Ti、Zr、Cu、Ni與Co按照上述配方在電子天平上稱重制配料，其中，Ti、&、 Cu、Ni和Co的純度均大于99. 99%。(2)將上述配料放入磁懸浮水冷坩堝中反復熔煉4次。熔煉之前先將坩堝內(nèi)真空抽到2. 0 X 10 ,充入高純氬氣反復洗坩堝5次，然后在氬氣保護狀態(tài)下進行熔煉，為保證熔煉釬料成分均勻，每次熔煉前將合金錠破碎，熔煉后得到釬料合金錠。(3)將合金錠粉碎后，取35g裝入單輥快淬系統(tǒng)石英管中。其中，石英管管口直徑為1. 5mm，石英管管口距離銅輥3. 5mm。(4)采用機械泵將快淬系統(tǒng)爐腔內(nèi)真空度抽至1.0 X KT1Pa,后開啟羅茨泵和擴散泵將真空度抽至2. OX 10_3Pa，然后向腔體中充入高純氬氣至-0. 04MPa。(5)開啟銅輥電源，銅輥轉(zhuǎn)速設(shè)置為80m/s。(6)采用高頻電源對石英管進行加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣(壓力值0.03Mpa)將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。采用以上制備方法制得鈦基非晶釬料箔帶，釬料箔帶外觀光亮，邊緣整齊，厚度為 ；35士2μπι。其熔化溫度范圍為845°C 862°C，可在910°C 970°C進行釬焊。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，由Ti、Zr、Cu、Ni與Co組成，其特征在于，上述組分的含量百分比范圍為Ti 35 50%、Zr :25 !35%、Cu :10 M%、Ni 5 15%、Co :0. 5 8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其特征在于，上述組分的含量百分比范圍為:Ti :40%, Zr 35%, Cu :13%、Ni :9%、Co 3%0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其特征在于，上述組分的含量百分比為:Ti :44. 5%,Zr :30%、Cu :10%,Ni :15%、Co :0. 5%0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶，其特征在于，上述組分的含量百分比范圍為:Ti :50%, Zr 25%, Cu 15%, Ni :5. 0%, Co :5. 0%o
5.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊用鈦基非晶釬料箔帶的方法，包括以下步驟(1)將上述原材料按上述配比稱量制成配料；(2)將配料放入坩堝中在高純氬氣狀態(tài)下熔煉至少三次得到釬料合金錠；(3)將釬料合金錠粉碎后，裝入石英管中；(4)將爐腔內(nèi)的真空度抽至高真空后，充入高純氬氣；(5)開啟銅輥電源，設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍為20 80m/s；(6)對石英管加熱，用高純氬氣將石英管中的熔體噴射到高速轉(zhuǎn)動的銅輥上，并在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，將坩堝內(nèi)抽至低真空， 充入高純氬氣反復洗坩堝多次，并將釬料合金錠破碎并通過電磁攪拌，以使釬料合金錠成分均勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，石英管管口距離銅輥的距離為3 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟(6)中，對石英管進行加熱， 500°C之前緩慢加熱，500°C以上快速加熱，待石英管內(nèi)的合金錠熔化成液態(tài)并發(fā)出白色耀眼光芒時，用高純氬氣將石英管內(nèi)的熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，液態(tài)釬料在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。
全文摘要
本發(fā)明提供一種釬焊用鈦基非晶釬料箔帶及其制備方法，釬料箔帶的組分與含量百分比范圍為Ti35～50％、Zr25～35％、Cu10～24％、Ni5～15％、Co0.5～8％。制備上述釬料箔帶的方法包括以下步驟將上述原材料按上述配比稱量制成配料；將配料放入坩堝中在高純氬氣狀態(tài)下熔煉至少三次得到釬料合金錠；將釬料合金錠粉碎后，裝入石英管中；將爐腔內(nèi)的真空度抽至高真空后，充入高純氬氣；開啟銅輥電源并設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍；對石英管加熱，將石英管中的熔體噴射到高速轉(zhuǎn)動的銅輥上，并在急冷條件下形成鈦基非晶釬料箔帶。本發(fā)明具有表面光亮，成分均勻等特點，可避免因共晶成分釬料脆性與焊接溫度過高對母材帶來的不利影響，使其在釬焊復雜結(jié)構(gòu)件時更加易于裝配和填隙。
文檔編號B23K35/32GK102430874SQ20111034052
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者夏志東, 高勇 申請人:北京工業(yè)大學