CN101333116B - 陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法，它涉及钎焊焊接方法。本发明解决了现有陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接工艺复杂的问题。本发明的方法如下：将表面过打磨和超声清洗处理的陶瓷或陶瓷基复合材料中的一种与表面过打磨和超声清洗处理的钛合金、AgCu箔片和Ni箔片叠放，然后在真空钎焊炉中进行钎焊连接。本发明实现了陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接，工艺过程简单易行，接头的抗剪强度可达26～227MPa。
Description
技术领域
本发明涉及钎焊焊接方法。
背景技术
陶瓷及陶瓷基复合材料在航空航天领域应用越来越多，在很多结构件中要涉及到陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接。但由于二者的热膨胀系数相差较大，对焊接提出了很高的要求，因此通常采用机械连接的方式进行连接。而机械连接势必会给结构件带来一定的消极重量。因此解决陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的焊接问题是其在上述领域中得以广泛应用的有力保障。
公开号为CN1528714A的专利提出了一种碳、陶瓷非金属材料与金属材料的连接方法，即对陶瓷或复合材料进行除油、活化、敏化、预镀的表面处理，再采用化学镀镍或铜的工艺实现陶瓷或复合材料表面金属化，之后放到电铸电解液中经过20-40小时的电铸，最后利用金属电铸镀层的可焊性和塑性加工性能，把电铸镀层稍许加工后直接与金属件焊接或螺纹连接。可见该方法过程冗繁，工艺较为复杂耗时。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接工艺复杂的问题，提供了一种陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法。
本发明陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1。
本发明陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法的步骤一中所述的陶瓷是Al2O3陶瓷或SiO2玻璃陶瓷；步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
本发明陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷基复合材料、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷基复合材料/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1。
本发明陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法的步骤一所述的陶瓷基复合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料；步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
本发明实现了陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接，工艺过程简单易行，接头的抗剪强度可达26～227MPa。本发明方法在升温过程中，AgCu箔片首先熔化，然后Ti和Ni形成反应液相，且AgCu箔片的熔化对随后Ti、Ni反应液相的形成起到了促进作用。并且液态Ti元素本身扩散能力极强，所以Ti合金从接头的Ti合金侧扩散到陶瓷或陶瓷基复合材料侧，Ti合金与之反应，形成反应层，实现连接。本发明在焊前不需对陶瓷或复合材料进行表面预金属化，只需将钎料按顺序放置到陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金中间，直接钎焊而成，过程简单。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115μm～200μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205μm～275μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的陶瓷是Al2O3陶瓷或SiO2玻璃陶瓷。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中真空度为1.5×10-5torr～2×10-5torr。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中真空度为2.5×10-5torr～4.5×10-5torr。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中钎焊温度为955～980℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中钎焊温度为985～1075℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中钎焊温度为970℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中钎焊温度为1000℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中加热速度为15℃/min，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下：一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的SiO2玻璃陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照SiO2玻璃陶瓷/AgCu/Ni/TC4合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm；二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为1×10-5torr～5×10-5torr、钎焊温度为970～980℃、加热速度为10～20℃/min、保温时间为10～15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，最后随炉冷却至室温，即完成SiO2玻璃陶瓷与TC4合金的钎焊连接。
钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为110MPa，断裂发生在SiO2母材上，此时焊接接头强度超过了SiO2母材强度。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下：一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Al2O3陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Al2O3陶瓷/AgCu/Ni/TC4合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm；二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为1×10-5torr～5×10-5torr、钎焊温度为970～1000℃、加热速度为10～20℃/min、保温时间为15～20min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，最后随炉冷却至室温，即完成Al2O3陶瓷与TC4合金的钎焊连接。
钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为38MPa，断裂发生在Al2O3陶瓷母材上。
具体实施方式十五：本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷基复合材料、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷基复合材料/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115μm～200μm。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205μm～275μm。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤一所述的陶瓷基复合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中真空度为1.5×10-5torr～2×10-5torr。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中真空度为2.5×10-5torr～4.5×10-5torr。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中钎焊温度为955～980℃。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中钎焊温度为985～1075℃。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中钎焊温度为970℃。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中钎焊温度为1000℃。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤二中加热速度为15℃/min，其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式二十七：本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Ni基TiC金属陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金属陶瓷/AgCu/Ni/TC4合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm；二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为1×10-5torr～5×10-5torr、钎焊温度为1050～1080℃、加热速度为10～20℃/min、保温时间为10～15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，最后随炉冷却至室温，即完成Ni基TiC金属陶瓷与TC4合金的钎焊连接。
钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为227MPa，断裂发生在钎焊焊缝处。
具体实施方式二十八：本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的C/SiC复合材料、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照C/SiC复合材料/AgCu/Ni/TC4合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm；二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为1×10-5torr～5×10-5torr、钎焊温度为970～1000℃、加热速度为10～20℃/min、保温时间为15～20min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，最后随炉冷却至室温，即完成C/SiC复合材料与TC4合金的钎焊连接。
钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为26MPa，断裂发生在钎焊焊缝处。
具体实施方式二十九：本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Ni基TiC金属陶瓷、Ti3Al合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金属陶瓷/AgCu/Ni/Ti3Al合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm；二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为1×10-5torr～5×10-5torr、钎焊温度为1050～1080℃、加热速度为10～20℃/min、保温时间为10～15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，最后随炉冷却至室温，即完成Ni基TiC金属陶瓷与Ti3Al合金的钎焊连接。
钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为137MPa，断裂发生在钎焊焊缝处。
Claims (6)
1.一种陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1；所述的陶瓷是Al2O3陶瓷或SiO2玻璃陶瓷；所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
2.根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于所述AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115μm～200μm。
3.根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于所述AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205μm～275μm。
4.一种陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下：将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷基复合材料、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷基复合材料/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1；所述的陶瓷基复合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料；所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于所述AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115μm～200μm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于所述AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205μm～275μm。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100602 Termination date: 20120730 |