本發(fā)明屬于釬焊材料領(lǐng)域，具體公開(kāi)一種無(wú)Ni且低Cu的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料及其制備方法。

背景技術(shù)：

釬焊是當(dāng)今高技術(shù)中一種精密連接技術(shù)，在決定釬焊質(zhì)量的眾多因素中，釬料處于重要地位。在航空航天領(lǐng)域，鈦合金作為性能較好的輕質(zhì)金屬材料獲得了廣泛應(yīng)用，其一些構(gòu)件以釬焊接頭的形式使用。鈦合金連接使用較普遍的是鈦基釬料，這是由于其釬焊接頭具有良好的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，是鈦合金用釬料的理想選擇。但是，由于鈦合金的釬焊溫度需低于其β轉(zhuǎn)變溫度，為降低鈦基釬料熔點(diǎn)而加入了較多的Cu、Ni元素(普遍≥20wt％)，釬焊時(shí)Cu、Ni與母材中的鈦反應(yīng)生成Ti-Cu、Ti-Ni等脆性金屬間化合物，導(dǎo)致釬焊接頭存在著很大的脆性，降低連接強(qiáng)度，使得一些鈦合金釬焊構(gòu)件的安全可靠性仍有所不足，并限制著鈦合金釬焊構(gòu)件在飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

因此研發(fā)一種Cu和Ni元素總量更低同時(shí)熔點(diǎn)低的新型高性能急冷態(tài)鈦基合金釬料，對(duì)于航空航天等高精端技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有鈦鋯基釬料中Ni元素含量過(guò)高生成Ti-Ni脆性相，并因Ti-Ni脆性相降低了釬焊接頭強(qiáng)度，故本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)Ni且Cu含量低、熔點(diǎn)低、釬焊接頭性能好和成本低廉的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料。

現(xiàn)有鈦基釬料為降低釬料熔點(diǎn)普遍加入較多的Cu和Ni元素，本發(fā)明基于相似相異元素共存(Ti-Zr、Cu-Co和Co-Fe相似元素對(duì))的成分設(shè)計(jì)思路，加入相似元素Co、Fe置換Ni元素以及部分置換Cu元素，獲得低熔點(diǎn)Ti-Zr-Cu-Co-Fe非晶或者非晶/納米晶合金釬料。本發(fā)明無(wú)Ni且Cu含量低的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬 料綜合考慮了非晶形成能力，釬料的熔點(diǎn)和接頭強(qiáng)度，成功設(shè)計(jì)并采用熔體旋淬法制備了無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度(T_l)低的新型鈦鋯基非晶或者非晶/納米晶合金釬料。其中，釬料成分為2～14wt％的Cu、3～13wt％的Co、1～9wt％的Fe、35～50wt％的Zr和余量為T(mén)i。

本發(fā)明中Cu、Co、Fe合金元素的主要作用是降低釬料熔點(diǎn)、提高釬料的非晶形成能力以及提高接頭強(qiáng)度。

Cu與Ti和Zr形成共晶而獲得低熔點(diǎn)的合金釬料，同時(shí)Cu元素可以提高鈦鋯基釬料合金的非晶形成能力。

Co元素依據(jù)相似相異元素共存原則(Cu-Co、Co-Fe)加入，可以提高鈦鋯基釬料的非晶形成能力；降低鈦合金的共析轉(zhuǎn)變速度，降低釬焊接頭脆性，提高釬焊接頭的強(qiáng)度。

Fe元素依據(jù)相似相異元素共存原則(Cu-Fe、Fe-Co)加入，可以提高鈦鋯基釬料的非晶形成能力；同時(shí)Fe元素對(duì)鈦合金β固溶體具有較好的強(qiáng)化效果。

由圖3可以看出，鈦鋯基合金釬料的液相線(xiàn)溫度(T_l)隨著Cu元素含量的增加而逐漸降低，說(shuō)明Cu元素加入鈦鋯基釬料中具有顯著降熔作用。

制備本發(fā)明的一種無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料的具體步驟如下：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)原料進(jìn)行配料；

所述目標(biāo)釬料成分為2～14wt％的Cu、3～13wt％的Co、1～9wt％的Fe、35～50wt％的Zr和余量為T(mén)i；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一稱(chēng)量好的原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至5×10^-3Pa～8×10^-3Pa，充入氬氣；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉3～5遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30～40V，引弧電流50A，熔煉電流120～200A，熔煉時(shí)間30～60秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置 于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使液體急冷凝固裝置的真空室的真空度為8×10^-2Pa～2×10^-1Pa，充入氬氣；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.02～0.05MPa，采用感應(yīng)加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為20～60微米的無(wú)Ni且Cu含量低的新型Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金薄帶，即合金薄帶具有非晶或者非晶/納米晶結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.02～0.05MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速20～40米/秒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的無(wú)Ni的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料的優(yōu)點(diǎn)在于：

①本發(fā)明的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料不含Ni元素，從而杜絕了釬焊接頭中脆性Ti-Ni金屬間化合物的生成。

②本發(fā)明的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料Cu含量低，從根本上減少了釬焊接頭中脆性Ti-Cu金屬間化合物的生成。

③本發(fā)明的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料無(wú)Ni且低Cu，但仍具有低的液相線(xiàn)溫度，釬料熔點(diǎn)并沒(méi)有隨Cu和Ni含量的降低而升高；能用于較低的釬焊溫度，可有效的避免釬焊過(guò)程中對(duì)母材機(jī)械性能的損傷，提高釬焊接頭的力學(xué)性能。

④通過(guò)熔體旋淬技術(shù)制備的急冷態(tài)薄帶表面質(zhì)量良好，厚度均勻，柔韌性好，用作釬料可方便地預(yù)置于各種形狀的焊縫中，提高連接精密程度，也有利于航空航天產(chǎn)品零部件的減重。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制得的合金釬料的XRD圖譜。

圖2位本發(fā)明實(shí)施例1中Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)合金釬料的透射電鏡高分辨照片。

圖3為本發(fā)明制得的Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料的DSC曲線(xiàn)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的室溫剪切拉伸曲線(xiàn)。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的剪切斷口形貌圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的背散射電子像。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的XRD圖譜。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的透射電子顯微鏡照片及對(duì)應(yīng)的電子衍射花樣。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的透射電子顯微鏡照片及對(duì)應(yīng)的電子衍射花樣。

圖10為本發(fā)明對(duì)比例1中TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅(at％)/TC4接頭的XRD圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，不僅僅限于本實(shí)施例。

制備本發(fā)明的一種無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金釬料的具體步驟如下：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)原料進(jìn)行配料；所述目標(biāo)釬料成分為2～14wt％的Cu、3～13wt％的Co、1～9wt％的Fe、35～50wt％的Zr和余量為T(mén)i；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一稱(chēng)量好的原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至5×10^-3Pa～8×10^-3Pa，充入氬氣；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉3～5遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30～40V，引弧電流50A，熔煉電流120～200A，熔煉時(shí)間30～60秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使液體急冷凝固裝置的真空室的真空度為8×10^-2Pa～2×10^-1Pa，充入氬氣；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.02～0.05MPa，采用感應(yīng)加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為20～60微米的無(wú)Ni且Cu含量低的新型Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金薄帶，即合金薄帶具有非晶或者非晶/納米晶結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.02～0.05MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速20～40米/秒。

測(cè)試合金薄帶熱性能：

采用差示掃描量熱儀(DSC)研究其液相線(xiàn)溫度，采用Al₂O₃坩堝，樣品重量15mg，升溫速率20K/min，并在測(cè)試過(guò)程中通入氬氣對(duì)樣品進(jìn)行保護(hù)，流量為50ml/min。

對(duì)釬焊母材進(jìn)行釬焊接頭的性能測(cè)試與組織結(jié)構(gòu)分析：

以本發(fā)明制得的無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型Ti-Zr-Cu-Co-Fe合金薄帶(簡(jiǎn)稱(chēng)為無(wú)Ni合金薄帶)為釬料，采用真空釬焊爐釬焊。根據(jù)釬焊試樣力學(xué)性能測(cè)試的需要制備相應(yīng)尺寸的試樣，試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至所需釬焊溫度，保溫10～20min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并保持真空度為5×10^-3Pa～8×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件，測(cè)試釬焊接頭的力學(xué)性能，研究釬焊接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例1

目標(biāo)成分為：37.81wt％的Ti、43.23wt％的Zr、8.03wt％的Cu、6.52wt％的Co和4.41wt％的Fe。轉(zhuǎn)換為原子百分比表示為T(mén)i₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅。

采用熔體旋淬法制備Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅合金釬料的步驟為：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)Ti、Zr、Cu、Co和Fe原料進(jìn)行配料；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一配制的Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至8×10^-3Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉4遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30V，引弧電流50A，熔煉電流180A，熔煉時(shí)間60秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使液體急冷凝固裝置的真空室的真空度為8×10^-2Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.04MPa，采用感應(yīng)線(xiàn)圈加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為50微米的無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅合金薄帶，即合金薄帶具有非晶/納米晶結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.04MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速30米/秒。

制得實(shí)施例1合金釬料的性能分析：

由圖1所示的XRD圖譜可以看出，采用實(shí)施例1方法制備的無(wú)Ni合金薄帶經(jīng)X射線(xiàn)衍射檢測(cè)顯示出單一的漫散射峰，初步顯示薄帶具有非晶結(jié)構(gòu)，但該漫散射峰較尖銳，釬料可能存在部分晶化，因此需要利用透射電鏡高分辨照片進(jìn)一步對(duì)薄帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

由圖2顯示的透射電鏡的高分辨照片(插圖為選區(qū)電子衍射圖)可知，實(shí)施例1的無(wú)Ni合金薄帶以非晶為基體，這也是無(wú)Ni合金薄帶具有較好的韌性的原因，基體中彌散分布著少量納米晶顆粒，說(shuō)明實(shí)施例1薄帶為非晶/納米晶合金薄帶。從高分辨照片中可以看出非晶基體上僅存在少量納米晶顆粒，這也是XRD沒(méi)有檢測(cè)到Ti₂Cu晶體相存在的原因。

圖3是非晶/納米晶薄帶的DSC曲線(xiàn)圖，由圖可知實(shí)施例1中的釬料液相線(xiàn)溫度低至877℃。低于TC4的β轉(zhuǎn)變溫度118℃，可用于較低溫度的釬焊，有效減小了釬焊過(guò)程中對(duì)母材性能的影響。

實(shí)施例1的釬焊接頭的性能測(cè)試與組織結(jié)構(gòu)分析：

將實(shí)施例1的無(wú)Ni合金薄帶釬料在真空釬焊爐中釬焊TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金，TC4鈦合金制成30mm×10mm×2mm大小的試樣用于真空釬焊。鈦合金試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。采用搭接的方式進(jìn)行釬焊，搭接面積為10mm×2mm。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至930℃(低于TC4的β轉(zhuǎn)變溫度65℃)，保溫15min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并保持真空度為8×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件并測(cè)試相關(guān)力學(xué)性能。

圖4可知TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅/TC4釬焊接頭的最大剪切強(qiáng)度高達(dá)347MPa。說(shuō)明無(wú)Ni且低Cu的Ti-Zr-Cu-Co-Fe非晶/納米晶合金釬料用于TC4的釬焊，與用典型的商業(yè)牌號(hào)釬料釬焊的接頭相比，有效的提高了釬焊接頭的力學(xué)性能。

由圖5顯示的釬焊接頭斷口形貌可知，實(shí)施例1中的釬焊接頭斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂，脆性斷口中存在韌窩，這也是釬焊接頭剪切強(qiáng)度較高的原因。

由圖6顯示的實(shí)施例1中在930℃/15min的釬焊工藝規(guī)范下獲得的TC4合金釬焊接頭的背散射電子像可知，釬焊接頭由α-Ti、β-Ti、富Ti-Zr相和少量的脆性Ti₂Cu金屬間化合物組成。接頭未發(fā)現(xiàn)孔洞、裂紋等缺陷，初步表明了釬料在鈦合金表面良好的潤(rùn)濕性。進(jìn)一步研究連接機(jī)理表明，由于母材與熔化釬料之間的互相溶解及擴(kuò)散，形成了寬約119微米的釬焊區(qū)，其寬度遠(yuǎn)大于初始釬縫間隙(50微米)；由于擴(kuò)散作用，釬焊接頭中Cu的含量低，從而使接頭中只形成了較少的金屬間化合物，獲得了優(yōu)異的接頭力學(xué)性能。

圖7顯示的實(shí)施例1中在930℃/15min的釬焊工藝規(guī)范下獲得的TC4合金釬焊接頭(不同部位，A、B和C部分)的XRD衍射圖譜顯示釬焊接頭主要由α-Ti和β-Ti組成，含有少量的Ti₂Cu相，其中Ti₂Cu相主要分布于焊縫中心，接頭中沒(méi)有檢測(cè)到脆性Ti–Ni相，這也是釬焊接頭強(qiáng)度較高的原因之一。

圖8顯示的實(shí)施例1中在930℃/15min的釬焊工藝規(guī)范下獲得的TC4合金釬焊接頭透射電鏡照片及相應(yīng)的電子衍射花樣，經(jīng)標(biāo)定可以進(jìn)一步確定釬焊接頭生成的Ti-Cu相為四方結(jié)構(gòu)的Ti₂Cu相。圖9顯示的實(shí)施例1中在930℃/15min的釬焊工藝規(guī)范下獲得的TC4合金釬焊接頭透射電鏡照片及相應(yīng)的電子衍射花樣，經(jīng)標(biāo)定可以進(jìn)一步確定釬焊接頭生成的Ti-Co相為T(mén)i₂Co相。但是Ti₂Co相含量很少，這也是XRD沒(méi)有檢測(cè)到Ti₂Co晶體相的原因。

對(duì)比例1

為了進(jìn)行含Ni或無(wú)Ni元素的對(duì)比，對(duì)比例1選用的成分為：37.93wt％的Ti、43.36wt％的Zr、4.03wt％的Cu、3.72wt％的Ni、6.54wt％的Co和4.42wt％的Fe。轉(zhuǎn)換為原子百分比表示為T(mén)i₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅。對(duì)比例1的實(shí)施工藝與實(shí)施例1是相同的。

采用熔體旋淬法制備Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅合金釬料的步驟為：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)Ti、Zr、Cu、Ni、Co和Fe原料進(jìn)行配料；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一配制的Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至8×10^-3Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉4遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30V，引弧電流50A，熔煉電流180A，熔煉時(shí)間60秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使液體急冷凝固裝置的真空室的真空度為8×10^-2Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.04MPa，采用感應(yīng)線(xiàn)圈加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力 把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為50微米的Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅合金薄帶，即合金薄帶為非晶結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.04MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速30米/秒。

制得對(duì)比例1合金釬料的性能分析：由圖1所示的XRD圖譜可以看出，采用上述方法制備的對(duì)比例1薄帶經(jīng)X射線(xiàn)衍射檢測(cè)顯示出單一的漫散射峰，沒(méi)有明顯的結(jié)晶衍射峰，初步可以確定具有非晶結(jié)構(gòu)。采用差示量熱掃描儀測(cè)試非晶薄帶熱性能，測(cè)得對(duì)比例1中的釬料液相線(xiàn)溫度為888℃。

對(duì)比例1的釬焊接頭的性能測(cè)試與組織結(jié)構(gòu)分析：

將對(duì)比例1的無(wú)Ni合金薄帶釬料在真空釬焊爐中用于釬焊TC4鈦合金，TC4鈦合金制成30mm×10mm×2mm大小的試樣用于真空釬焊。鈦合金試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。采用搭接的方式進(jìn)行釬焊，搭接面積為10mm×2mm。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至930℃(低于TC4的β轉(zhuǎn)變溫度65℃)，保溫15min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并保持真空度為8×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件并測(cè)試相關(guān)力學(xué)性能。

TC4/Ti₅₀Zr₃₀Cu₄Ni₄Co₇Fe₅/TC4釬焊接頭的最大剪切強(qiáng)度為253MPa，遠(yuǎn)低于實(shí)施例1中釬焊接頭的強(qiáng)度。圖10顯示的對(duì)比例1中在930℃/15min的釬焊工藝規(guī)范下獲得的TC4合金釬焊接頭的XRD衍射圖譜顯示釬焊接頭主要由α-Ti和β-Ti組成，含有少量的Ti₂Cu相和Ti₂Ni相。由于Ti₂Cu和Ti₂Ni金屬間化合物的存在，使得釬焊接頭強(qiáng)度降低。

實(shí)施例2

目標(biāo)成分(wt％)：Ti 33.03％,Zr 48.95％,Cu 3.90％,Co 8.13％,Fe 5.99％，轉(zhuǎn)換為原子百分比表示為T(mén)i₄₅Zr₃₅Cu₄Co₉Fe₇(at％)。

采用熔體旋淬法制備Ti₄₅Zr₃₅Cu₄Co₉Fe₇合金釬料的步驟為：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分Ti₄₅Zr₃₅Cu₄Co₉Fe₇稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)原料進(jìn)行配料；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一稱(chēng)量好的原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至5×10^-3Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉5遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30V，引弧電流50A，熔煉電流150A，熔煉時(shí)間40秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使液體急冷凝固裝置的真空室的真空度為2×10^-1Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.05MPa，采用感應(yīng)線(xiàn)圈加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為60微米的無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型非晶Ti₄₅Zr₃₅Cu₄Co₉Fe₇合金薄帶，如圖1所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.05MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速20米/秒。

制得實(shí)施例2合金釬料的性能分析：

由圖1所示的XRD圖譜可以看出，采用上述方法制備的實(shí)施例2薄帶經(jīng)X射線(xiàn)衍射檢測(cè)顯示出單一的漫散射峰，沒(méi)有明顯的結(jié)晶衍射峰，初步可以確定具有非晶結(jié)構(gòu)。

圖3顯示的DSC曲線(xiàn)表示采用差示量熱掃描儀測(cè)試非晶合金薄帶的熱性能，可知，實(shí)施例2中的釬料液相線(xiàn)溫度為899℃。

實(shí)施例2的釬焊接頭的性能測(cè)試：

將實(shí)施例2的無(wú)Ni合金薄帶釬料在真空釬焊爐中釬焊Ti₃Al(Ti-14Al-27Nb wt％)，制成30mm×10mm×2mm大小的試樣用于真空釬焊。試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。采用搭接的方式進(jìn)行釬焊，搭接面積為10mm×2mm。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至950℃，保溫10min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并 保持真空度6×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件并測(cè)試相關(guān)力學(xué)性能，Ti₃Al/Ti₄₅Zr₃₅Cu₄Co₉Fe₇/Ti₃Al釬焊接頭剪切強(qiáng)度為231MPa。

實(shí)施例3

目標(biāo)成分(wt％)：Ti32.78％,Zr48.58％,Cu11.60％,Co4.48％,Fe2.55％,轉(zhuǎn)換為原子百分比表示為T(mén)i₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃(at％)。

采用熔體旋淬法制備Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃合金釬料的步驟為：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料成分Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)原料進(jìn)行配料；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一稱(chēng)量好的原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至6×10^-3Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉4遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30V，引弧電流50A，熔煉電流200A，熔煉時(shí)間30秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使感應(yīng)爐真空室的真空度為1×10^-1Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.03MPa，采用感應(yīng)線(xiàn)圈加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為30微米的無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型非晶Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃合金薄帶，如圖1所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.03MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速40米/秒。

制得實(shí)施例3合金釬料的性能分析：

由圖1所示的XRD圖譜可以看出，采用上述方法制備的實(shí)施例3薄帶經(jīng)X射線(xiàn)衍射檢測(cè)顯示出單一的漫散射峰，沒(méi)有明顯的結(jié)晶衍射峰，初步可以確定具有非晶結(jié)構(gòu)。

圖3顯示的DSC曲線(xiàn)表示采用差示量熱掃描儀測(cè)試非晶合金薄帶的熱性能，可知實(shí)施例3中的釬料液相線(xiàn)溫度為858℃。

實(shí)施例3的釬焊接頭的性能測(cè)試：

將實(shí)施例3制備的Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃非晶合金釬料在真空釬焊爐中釬焊TiAl(Ti-48Al-2Cr-2Nb at％)與40Cr，制成30mm×10mm×2mm大小的試樣用于真空釬焊。試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。采用搭接的方式進(jìn)行釬焊，搭接面積為10mm×2mm。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至900℃，保溫15min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并保持真空度為7×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件并測(cè)試相關(guān)力學(xué)性能，TiAl/Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃/40Cr釬焊接頭的剪切強(qiáng)度為54MPa。

實(shí)施例4

目標(biāo)成分(wt％)：Ti37.64％,Zr38.05％,Cu11.22％,Co10.40％,Fe2.69％，轉(zhuǎn)換為原子百分比表示為T(mén)i₄₉Zr₂₆Cu₁₁Co₁₁Fe₃(at％)。

采用熔體旋淬法制備Ti₄₉Zr₂₆Cu₁₁Co₁₁Fe₃合金釬料的步驟為：

步驟一，稱(chēng)取各元素

依據(jù)目標(biāo)釬料Ti₄₉Zr₂₆Cu₁₁Co₁₁Fe₃成分稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的金屬單質(zhì)原料進(jìn)行配料；

步驟二，熔煉母合金

將步驟一稱(chēng)量好的原料放入真空電弧熔煉爐中；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度至6×10^-3Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；采用電弧加熱的方式反復(fù)熔煉5遍以確保合金成分均勻，然后隨爐冷卻，取出母合金；

真空電弧熔煉參數(shù)：電極直徑6毫米，引弧電壓30V，引弧電流50A，熔煉電流170A，熔煉時(shí)間60秒；

步驟三，熔體旋淬法制備鈦鋯基合金薄帶

將步驟二制得的母合金裁剪成尺寸為0.5cm×0.5cm×0.5cm塊體，然后預(yù)置于尺寸為12毫米的扁口石英管中，并整體置于液體急冷凝固裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中；

抽真空，使感應(yīng)爐真空室的真空度為9×10^-2Pa；充入氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力為0.05MPa；

調(diào)節(jié)液體急冷凝固裝置的銅輪轉(zhuǎn)速，噴射壓為0.02MPa，采用感應(yīng)線(xiàn)圈加熱的方式加熱合金，待合金完全融化并在液面出現(xiàn)波動(dòng)后噴鑄，利用惰性氣體氬氣的壓力把熔融合金經(jīng)由石英噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輪上，得到連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度為60微米的無(wú)Ni且Cu含量低、液相線(xiàn)溫度低的新型非晶Ti₄₉Zr₂₆Cu₁₁Co₁₁Fe₃合金薄帶，如圖1所示。

熔體旋淬參數(shù)：噴射壓力0.02MPa，線(xiàn)圈感應(yīng)電流9A，銅輪轉(zhuǎn)速20米/秒。

制得實(shí)施例4合金釬料的性能分析：

由圖1所示的XRD圖譜可以看出，采用上述方法制備的實(shí)施例4薄帶經(jīng)X射線(xiàn)衍射檢測(cè)顯示出單一的漫散射峰，沒(méi)有明顯的結(jié)晶衍射峰，初步可以確定具有非晶結(jié)構(gòu)。

圖3顯示的DSC曲線(xiàn)表示采用差示量熱掃描儀測(cè)試非晶合金薄帶的熱性能，可知實(shí)施例4中的釬料液相線(xiàn)溫度低至868℃。低于TC4的β轉(zhuǎn)變溫度104℃。

實(shí)施例4的釬焊接頭的性能測(cè)試：

將實(shí)施例4制備的非晶合金釬料在真空釬焊爐中釬焊TC4與ZrO₂陶瓷，制成30mm×10mm×2mm大小的試樣用于真空釬焊。鈦合金試樣用砂紙從60#到2000#進(jìn)行打磨，陶瓷試樣用磨盤(pán)從180#到1200#進(jìn)行打磨，然后用丙酮、酒精超聲清洗后用于釬焊。采用搭接的方式進(jìn)行釬焊，搭接面積為10mm×5mm。在真空釬焊爐中以10℃/min速度從室溫升溫至950℃(低于TC4的β轉(zhuǎn)變溫度45℃)，保溫20min，然后隨爐冷卻到室溫，在釬焊過(guò)程中，真空系統(tǒng)持續(xù)工作并保持真空度為5×10^-3Pa，釬焊結(jié)束后取出釬焊件并測(cè)試相關(guān)力學(xué)性能，TC4/Ti₄₉Zr₂₆Cu₁₁Co₁₁Fe₃/ZrO₂釬焊接頭剪切強(qiáng)度為83MPa。

從上述實(shí)施例可以得出如下結(jié)論：

(1)本發(fā)明無(wú)Ni、Cu含量低且熔點(diǎn)低，釬焊接頭的力學(xué)性能好，特別是采用Ti₅₀Zr₃₀Cu₈Co₇Fe₅(at％)合金釬料釬焊TC4鈦合金，釬焊接頭最大剪切強(qiáng)度高達(dá)347MPa。

(2)本發(fā)明基于相似相異元素共存(Ti-Zr、Cu-Co、Co-Fe)原則，加入Co、Fe元素置換Ni元素以及部分置換Cu元素，釬料液相線(xiàn)溫度較低，特別是Ti₄₅Zr₃₅Cu₁₂Co₅Fe₃(at％)非晶合金釬料液相線(xiàn)溫度低至858℃，釬料熔點(diǎn)并未隨Cu和Ni含量的降低而升高。

(3)依據(jù)本發(fā)明的成分通過(guò)熔體旋淬法制備的合金釬料薄帶連續(xù)、韌性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，厚度均勻可調(diào)。

以上所述僅為本發(fā)明的最佳實(shí)例，并不用以限制本發(fā)明。凡根據(jù)本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)、制備方法所做的等效變化，均包括于本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍內(nèi)。

需要說(shuō)明的是，在焊接領(lǐng)域成分表示均采用質(zhì)量百分比，因而本發(fā)明中合金成分均由原子百分比換算成質(zhì)量百分比予以標(biāo)示。

另外，按照本發(fā)明上述各實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求及從屬權(quán)利的全部范圍的，實(shí)現(xiàn)過(guò)程及方法同上述各實(shí)施例；且本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

以上所述，僅為本發(fā)明部分具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明的揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。