CN101337307A

CN101337307A - 一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN101337307A
Application number: CNA2008101369179A
Authority: CN
Inventors: 何鹏; 曹健; 王明; 冯吉才; 范龙
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: CN101337307B

Abstract

一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法。它涉及一种钎焊材料及其制备方法。它解决了TiAl基合金钎焊接头高温环境下强度较低、所用钎料价格昂贵、适用接头形式受限的问题以及钎料制备工艺复杂的问题。钎料按重量百分比由TiH₂、Ni、Si和C制成。该钎料通过备料和机械合金化两步制成。本发明产品对于TiAl基合金而言钎料熔点合适，润湿性好，成本低，钎焊质量好，钎焊接头具有良好的高温力学性能，满足各种形式接头的需求，而且钎料制备工艺和设备简单，生产效率高。

Description

一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎焊材料及其制备方法。

背景技术

TiAl基合金具有密度小(约为3.8g/cm³)、比强度高、刚性好、良好的高温力学性能等优点，被认为是一种理想的新型耐高温材料，在航空、航天、汽车等领域有着广泛的应用前景。但是TiAl基合金在工程上应用，制成构件，必然要涉及到焊接问题，包括其自身的焊接及其它材料的焊接。国内外学者对TiAl基合金的焊接展开了相关研究，根据当今文献及相关报道，TiAl基合金自身熔点高，硬度大，其焊接性表明，使用钎焊方法连接TiAl基合金是一种较为合适的方法。

但是现在用于TiAl基合金高温钎焊的钎料及其制备方法还存在以下问题：

1、铝基和银基钎料，钎焊接头的使用温度低，在高温环境下力学性能差，接头强度低，接头难以在高温下使用，而且银基钎料价格昂贵，生产成本高；

2、镍基钎料钎焊接头的使用温度高，然而在接头内容易生成脆性的金属间化合物，严重影响接头的力学性能，高温环境下难以使用；

3、钛基钎料的钎焊接头的使用温度高，高温环境下强度好，但是由于钛基钎料中钛元素及易氧化，因此对钎料制备过程要求非常严格，这也导致了钛基钎料生产成本的大幅度增加，不适合大批量生产；而且钛基钎料大部分钎料为箔片状钎料，很难满足特殊形式接头的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决TiAl基合金钎焊接头高温环境下强度较低、所用钎料价格昂贵、适用接头形式受限的问题以及钎料制备工艺复杂的问题，提出了一种适用各种形式接头要求、制作成本低廉、制备工艺简单、钎焊接头高温环境下强度好的用于TiAl基合金钎焊钛基粉末钎料及其制备方法。

用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％～0.3％的C制成。

用于TiAl基合金钎焊的高温钎料通过以下方法制备：一、按重量百分比称取：68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％～0.3％的C；二、机械合金化：将球磨球和粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氢气或氩气，然后间歇性球磨时间为4～20小时、转速为250～350r/min、球料比为8～20∶1、填料比为45％～55％；即得到了用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。

本发明所制备的高温钎料中，TiH₂可以在400℃时分解，生成α-Ti，700℃时分解完全，然后转化成β-Ti；Ni粉可以与Ti形成共晶成分，使钎料在较低的温度下熔化；Si可以改善钎料的熔化润湿能力，同时生成均匀分布的Ti₅Si₃相，抑制组织长大；C与Ti形成细小弥散分布的TiC相，起到第二相强化作用。本发明制备的高温钎料采取侧面预置钎料方式，钎焊温度1100℃时可以得到完整TiAl基合金接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可达到235MPa以上，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可达到210MPa以上，800℃高温抗剪强度可达到180MPa以上。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，使本发明钎料对于TiAl基合金而言熔点合适，润湿性好，满足钎焊接头800℃高温强度的要求，且本发明的钎料成分中不含有Ag等贵金属，成本低廉，粉末状的钎料能够满足各种形式接头钎焊的需要。

本发明中的钎料制备方法与传统的采用冶炼或烧结的制备钎料的方法相比，本发明的所使用的方法避免了物质蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，生产工艺简单，减少了生产成本。

本发明涉及的钎焊材料及其制备方法用于TiAl基合金钎焊上具有钎焊接头800℃高温环境下强度好、适用于各种形式接头、制备方法简便、制造成本低等优点。

附图说明

图1为具体实施方式九制备钎料的X衍射分析结果的电镜图；图2为具体实施方式九制备的钎料，采取侧面预置钎料方式，断面形态的电镜图；图3为具体实施方式九制备的钎料，采取侧面预置钎料方式，钎焊接头界面形态的电镜图；图4为具体实施方式九制备的钎料，采取侧面预置钎料方式进行钎焊，800℃热循环前接头界面组织结构的电镜图；图5为具体实施方式九制备的钎料，采取侧面预置钎料方式进行钎焊，经过800℃三次热循环，接头界面组织结构的电镜图；图6为根据具体实施方式九中的方法制备的钎料进行TiAl基合金钎焊的产品照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％～0.3％的C制成。

本实施方式中的TiH₂粉质量纯度为90％～99.9％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由69.6％的TiH₂、30％的Ni、0.2％的Si和0.2％的C制成。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用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由69.3％的TiH₂、30％的Ni、0.5％的Si和0.2％的C制成。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TiH₂粉质量纯度为99.9％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料通过以下方法实现：一、按重量百分比称取：68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％～0.3％的C；二、机械合金化：将球磨球和粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氢气或氩气，然后间歇性球磨时间为4～20小时、转速250～350r/min、球料比8～20∶1、填料比45％～55％；即得到了用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中间歇性球磨时间为6～18小时、转速为270～340r/min、球料比为10～18∶1。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中间歇性球磨时间为10～15小时、转速为280～320r/min、球料比为12～16∶1。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中间歇性球磨时间为12小时、转速为300r/min、球料比为15∶1。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式九：本实施方式制备TiAl基合金钎焊的高温钎料通过以下方法实现：一、按重量百分比称取：69.6％的TiH₂、30％的Ni、0.2％的Si和0.2％的C；二、机械合金化：将球磨球和粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，间歇性球磨时间为10～15小时、转速为280～320r/min、球料比为12～16∶1、填料比为44％；即得到了用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。

本实施方式TiH₂粉质量纯度为99％。

本实施方式中制备TiAl基合金钎焊的高温钎料，从图1可以看出粉末颗粒度细小均匀，X射线衍射分析结果显示没有新化合物相产生；本实施方式中制备的高温钎料采取侧面预置钎料方式，钎焊温度1100℃时可以得到完整TiAl基合金接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可以达到240MPa，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可以达到220MPa，800℃高温抗剪强度可以达到185MPa，从图2中可以看出，接头断裂形式没有明显改变，均呈现一定的准解理特征；从图3中可以看出，热循环前接头界面组织均匀细小，钎缝基体为Ti₃Al相，与母材性质接近；图4为800℃热循环前接头界面组织结构图，图5为800℃三次热循环，接头界面组织结构图，图4与图5进行对比，可以看出接头界面组织结构没有明显变化，说明钎焊接头高温环境下强度好。图6为根据具体实施方法一制备钎料进行TiAl合金钎焊的产品照片，其尺寸分别为3mm×5mm×25mm与3mm×8mm×30mm。被焊接表面用400#、500#、600#、800#、1000#金相砂纸逐级磨光，然后采用超声波清洗仪在丙酮溶液中清洗。焊接工艺规范采用钎焊温度1100℃，保温时间30min，焊前将发明的钎料均匀涂于待焊工件的一侧，焊后在工件的另一侧有明显的钎角形成，同时没有明显的溶蚀行为，说明本发明的钎料其润湿性及连接质量完全可以满足生产的需求。

Claims

1、一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％～0.3％的C制成。

2、根据权利要求1所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由69.6％的TiH₂、30％的Ni、0.2％的Si和0.2％的C制成。

3、根据权利要求1所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由69.3％的TiH₂、30％的Ni、0.5％的Si和0.2％的C制成。

4、根据权利要求1、2或者3所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于TiH₂粉质量纯度为90％～99.9％。

5、根据权利要求1、2或者3所述的一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料，其特征在于TiH₂粉质量纯度为99.9％。

6、一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于用于TiAl基合金钎焊的高温钎料通过以下步骤制备：一、按重量百分比称取：68％～71.7％的TiH₂、28％～31.7％的Ni、0.2％～0.5％的Si和0.1％5～0.3％的C；二、机械合金化：将球磨球和粉末装入球磨罐中，抽真空后充入氢气或氩气，然后间歇性球磨时间为4～20小时、转速为250～350r/min、球料比为8～20∶1、填料比为45％～55％；即得到了用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。

7、根据权利要求6所述的用于TiAl基合金钎焊的高温钎料制备方法，其特征在于步骤二中间歇性球磨时间为6～18小时、转速为270～340r/min、球料比为10～18∶1。

8、根据权利要求6所述的用于TiAl基合金钎焊的高温钎料制备方法，其特征在于步骤二中间歇性球磨时间为10～15小时、转速为280～320r/min、球料比为12～16∶1。

9、根据权利要求6所述的用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的制备方法，其特征在于步骤二中间歇性球磨时间为12小时、转速300r/min、球料比15∶1。