專利名稱：C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法。
背景技術：
C/C復合材料由于具有密度低、比強度高、高溫性能好、抗熱沖擊和抗疲勞性能好等優(yōu)異綜合性能，被認為是一種理想的高溫結構材料，已經成功應用于飛機剎車盤、核反應堆第一壁以及火箭發(fā)動機噴嘴等部件。在其應用領域不斷拓寬的同時，由于C/C復合材料塑性差、變形困難和加工性差，該材料單獨使用受到一定的限制。TiAl金屬間化合物是近些年發(fā)展起來的新型高溫結構材料，它具有密度低、高溫性能良好、抗蠕變和抗氧化能力強等優(yōu)點，在航空、航天、軍事和民用領域具有廣闊的應用前景。C/C復合材料與TiAl金屬間化合物都具有優(yōu)異的高溫使用性能，通常采用常規(guī)釬焊方法連接C/C復合材料與TiAl存在幾個突出的問題首先是連接溫度問題，對于C/C復合材料和TiAl這類高溫材料釬焊溫度較高；其次是接頭的高溫使用問題，釬焊接頭的使用溫度受到一定的限制，難以保證接頭滿足使用要求；再次是釬料與復合材料母材的界面反應問題，界面反應不足、反應層不連續(xù)等問題均會對連接質量產生嚴重的影響；最后，連接接頭的應力問題也非常突出，由于C/C復合材料與TiAl的熱膨脹系數差異很大，在釬焊接頭的加熱和冷卻過程中不可避免地會產生熱應力，而C/C復合材料是脆性材料，殘余應力會嚴重削弱接頭的力學性能，甚至導致已經連接好的接頭發(fā)生破壞。

發(fā)明內容
本發(fā)明是要解決常規(guī)釬焊方法連接C/C復合材料與TiAl合金存在連接溫度較高、 產生過大的熱應力、釬焊接頭的使用溫度受限制的問題，提供C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法。本發(fā)明C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，按以下步驟進行 一、按重量百分比稱取40 % 55 %的Ti粉、20 % 40 %的Al粉和余量的C粉，放入球磨機中以300 350r/min的速度進行球磨，球料質量比為5 7 1，球磨時間為30min 3h， 得混合均勻的粉末，然后采用200 500MI^壓力將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊；二、 將TiAl合金表面經80#、200#、400#和600#的砂紙逐層打磨，然后將打磨后的TiAl合金和 C/C復合材料放入丙酮中超聲清洗5min，然后用棉花擦拭TiAl合金和C/C復合材料的待焊表面并用吹風機吹干；三、然后將TiAl合金、步驟一制得的中間層坯塊、AgCuTi釬料箔和C/ C復合材料依次疊置，然后放入真空加熱爐中加熱，同時施加以20 50MPa的軸向壓力，在 680 750°C保溫20 30min，即完成C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。本發(fā)明方法利用自蔓延反應輔助加熱實現(xiàn)C/C復合材料與TiAl的釬焊，在連接溫度低于釬料熔化溫度(830 850°C)的條件下，中間層材料被引燃并發(fā)生自蔓延反應，反應釋放大量產熱使釬料熔化，進而實現(xiàn)C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。相比傳統(tǒng)的釬焊方法，該方法能夠降低傳統(tǒng)釬焊的連接溫度，為680 750°C，連接過程在中間層自蔓延反應結束后完成，連接效率高；而且此時連接熱影響區(qū)小，屬于一種局部加熱方法，可以保證界面結合，又不會產生過大的熱應力。另外，該方法通過自蔓延反應獲得的接頭中存在高熔點陶瓷相骨架，可以起到顆粒強化的效果，能夠實現(xiàn)提高釬焊接頭使用溫度的目的。


圖1為具體實施方式
十一 C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接裝配示意圖；圖2為具體實施方式
十一方法獲得接頭的典型界面結構圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，按以下步驟進行一、按重量百分比稱取40% 55%的Ti粉、20% 40%的Al粉和余量的C粉，放入球磨機中以300 350r/min的速度進行球磨，球料質量比為5 7 1，球磨時間為30min 池，得混合均勻的粉末，然后采用200 500MPa壓力將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊；二、將TiAl合金表面經80#、200#、400#和600#的砂紙逐層打磨，然后將打磨后的TiAl合金和C/C復合材料放入丙酮中超聲清洗5min，然后用棉花擦拭TiAl合金和C/C復合材料的待焊表面并用吹風機吹干；三、然后將TiAl合金、步驟一制得的中間層坯塊、AgCuTi釬料箔和C/C復合材料依次疊置，然后放入真空加熱爐中加熱，同時施加以 20 50MPa的軸向壓力，在680 750°C保溫20 30min，即完成C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。本實施方式所述Ti粉、Al粉和C粉購買自北京興榮源科技有限公司，C/C復合材料購買自湖南博云新材料股份有限公司，AgCuTi釬料箔為購買得到。本實施方式方法利用自蔓延反應輔助加熱實現(xiàn)C/C復合材料與TiAl的釬焊，在連接溫度低于釬料熔化溫度(830 850°C)的條件下，中間層材料被引燃并發(fā)生自蔓延反應，反應釋放大量產熱使釬料熔化，進而實現(xiàn)C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。相比傳統(tǒng)的釬焊方法，該方法能夠降低傳統(tǒng)釬焊的連接溫度，為680 750°C，連接過程在中間層自蔓延反應結束后完成，連接效率高；而且此時連接熱影響區(qū)小，屬于一種局部加熱方法，可以保證界面結合，又不會產生過大的熱應力。另外，該方法通過自蔓延反應獲得的接頭中存在高熔點陶瓷相骨架，可以起到顆粒強化的效果，能夠實現(xiàn)提高釬焊接頭使用溫度的目的。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中按重量百分比稱取50%的Ti粉、30%的Al粉和20%的C粉。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中按重量百分比稱取45%的Ti粉、30%的Al粉和25%的C粉。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中放入球磨機中以330r/min的速度進行球磨。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟一中球料質量比為6 1。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟一中球磨時間為Ih 池。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟一中采用300 400MPa壓力將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟二中 TiAl合金的成分為Ti-46Al-2Cr-2Nb(at% )。其它與具體實施方式
一至七之一相同。本實施方式所述TiAl合金經電弧熔煉制得。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟三中施加以30 40MPa的軸向壓力。其它與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟三中在 700 730°C保溫25min。其它與具體實施方式
一至九之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，按以下步驟進行一、按重量百分比稱取50%的Ti粉、30%的Al粉和20%的C粉， 放入球磨機中以330r/min的速度進行球磨，球料質量比為6 1，球磨時間為lh，得混合均勻的粉末，然后采用300MPa壓力將混合均勻的粉末壓制成尺寸為Φ IOmmX2mm的中間層坯塊；二、將30mmX IOmmX 2mm的TiAl合金表面經80#、200#、400#和600#的砂紙逐層打磨， 然后將打磨后的TiAl合金和7mmX7mmX3mm的C/C復合材料放入丙酮中超聲清洗5min， 然后用棉花擦拭TiAl合金和C/C復合材料的待焊表面并用吹風機吹干；三、然后將TiAl合金、步驟一制得的中間層坯塊、50 μ m的AgCuTi釬料箔和C/C復合材料依次疊置，然后放入真空加熱爐中加熱，同時施加以30MPa的軸向壓力，在750°C保溫20min，即完成C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。本實施方式所用的Ti粉、Al粉顆粒度均為325目，純度彡99. 5%, C粉為納米粉末。本實施方式C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接裝配示意圖如圖1 所示。圖1中1為C/C復合材料，2為AgCuTi釬料箔，3為中間層坯塊，4為TiAl合金。圖2為接頭的典型界面結構圖，其中a為C/C復合材料，b為TiAl合金。可以看出，采用本實施方式的方法接頭界面結合良好。經測試，接頭在750°C最高抗剪切強度達到可達llMPa。
權利要求
1.C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，按以下步驟進行一、按重量百分比稱取40% 55%的Ti粉、20% 40%的Al粉和余量的C粉，放入球磨機中以300 350r/min的速度進行球磨，球料質量比為5 7 1，球磨時間為30min 池，得混合均勻的粉末，然后采用200 500MPa壓力將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊；二、將TiAl合金表面經80#、 200#、400#和600#的砂紙逐層打磨，然后將打磨后的TiAl合金和C/C復合材料放入丙酮中超聲清洗5min，然后用棉花擦拭TiAl合金和C/C復合材料的待焊表面并用吹風機吹干； 三、然后將TiAl合金、步驟一制得的中間層坯塊、AgCuTi釬料箔和C/C復合材料依次疊置， 然后放入真空加熱爐中加熱，同時施加以20 50MPa的軸向壓力，在680 750°C保溫20 30min,即完成C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接。
2.根據權利要求1所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟一中按重量百分比稱取50%的Ti粉、30%的Al粉和20%的C粉。
3.根據權利要求1所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟一中按重量百分比稱取45%的Ti粉、30%的Al粉和25%的C粉。
4.根據權利要求1或2所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法， 其特征在于步驟一中放入球磨機中以330r/min的速度進行球磨。
5.根據權利要求4所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟一中球料質量比為6 1。
6.根據權利要求5所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟一中球磨時間為Ih 池。
7.根據權利要求6所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟一中采用300 400MPa壓力將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊。
8.根據權利要求7所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟二中TiAl合金的成分為Ti-46Al-2Cr-2Nb。
9.根據權利要求8所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟三中施加以30 40MPa的軸向壓力。
10.根據權利要求9所述的C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，其特征在于步驟三中在700 730°C保溫25min。
全文摘要
C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法，涉及一種C/C復合材料與TiAl的自蔓延反應輔助釬焊連接方法。是要解決常規(guī)釬焊方法連接C/C復合材料與TiAl合金存在連接溫度較高、產生過大的熱應力、釬焊接頭的使用溫度受限制的問題。將混合均勻的粉末壓制成中間層坯塊；將TiAl合金表面經砂紙打磨，和C/C復合材料一起放入丙酮中清洗，吹干；然后將TiAl合金、中間層坯塊、AgCuTi釬料箔和C/C復合材料依次疊置，放入真空加熱爐，即完成。本發(fā)明方法利用自蔓延反應輔助加熱實現(xiàn)C/C復合材料與TiAl的釬焊，中間層材料被引燃并發(fā)生自蔓延反應，反應釋放大量產熱使釬料熔化，實現(xiàn)自蔓延反應輔助釬焊連接。
文檔編號B23K1/19GK102489811SQ201110409109
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者馮吉才, 史延利, 宋曉國, 曹健, 陳海燕 申請人:哈爾濱工業(yè)大學