CN101992331A

CN101992331A - 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺

Info

Publication number: CN101992331A
Application number: CN 201010518517
Authority: CN
Inventors: 李亚江; 张永兰; 吴娜
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: CN101992331B

Abstract

本发明公开了一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于，步骤如下：(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢进行清理，除去零件表面的油污和待焊面的氧化膜；(2)将待焊件以超级镍叠层材料-钎料-不锈钢的方式对接装配，固定；所述钎料为Ni-Cr-P系镍基钎料；(3)把上述固定好的工件放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，真空钎焊炉的真空度大于1.33×10^-3Pa，钎焊加热温度为920～1100℃，保温时间5～25min。采用本发明的方法可获得无裂纹、界面结合良好、表面成形美观的钎焊接头，实现叠层材料的可靠连接，以满足航空航天、动力等领域对高性能材料的需求。

Description

超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺

技术领域

本发明涉及叠层复合材料的钎焊工艺，尤其涉及超级镍叠层复合材料与不锈钢异种金属的真空钎焊工艺，属于材料焊接技术领域。

背景技术

叠层复合材料是适应航空航天技术的特殊性能要求而发展起来的一种新型材料。超级镍叠层复合材料是由超级镍复层和铬-镍合金基层通过真空等静压轧制成的。真空等静压轧制是在真空条件下通过控制压力保持恒定轧制压力的一种真空轧制方法。这种叠层复合材料利用纯镍作韧化复层，具有很好的耐高温和抗疲劳性能。超级镍复层的厚度仅0.2～0.3mm，Ni含量(质量分数)大于99.5％，超出纯镍的国家一级标准，因此称为超级镍。铬-镍合金基层的厚度约为2mm。这种材料具有良好的高温性能以及抗氧化、耐腐蚀性，可以应用于航空航天、核工程、能源动力、石油化工等领域。在某些特定场合，受热部件仅有一部分结构经受特定的负荷、温度和介质的作用，另一端仍在常温或低负荷下工作，这时，将叠层复合材料与其他材料连接形成复合结构，则既能减轻构件的质量，又能发挥各自的性能；可见，将这种材料用于特定零部件具有独特的优势。

中国发明专利ZL 200810016502.8，公开号为：CN101284329，实现了超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的填丝钨极氩弧焊，扩大了叠层复合材料的应用领域。但是，本质上属熔焊方法的填丝钨极氩弧焊难以适应一些精密和形状复杂的连接件，急需一种适合连接精密和形状复杂的连接件的焊接工艺。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明针对熔焊方法的不足，提出了一种可靠、连接效率高的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，采用这种工艺，连接件相对变形量小，钎焊接头的应力比熔焊时小的多，适合连接形状复杂、精密的零部件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，步骤如下：

(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢进行清理，除去零件表面的油污和待焊面的氧化膜，使其表面尽可能光洁和无任何杂质，并且干燥；

(2)将待焊件以超级镍叠层材料-钎料-不锈钢的方式对接装配，固定(控制接头间隙，根据接头形状选择合适的装配和固定方法)；

(3)把上述固定好的工件放入真空钎焊炉中进行真空钎焊。

所述步骤(1)中，超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢表面油污的去除方法是：

小批量生产时，把零件置于酒精或丙酮溶液中超声清洗2～3min，然后烘干；

或：批量生产时，把零件置于70～80℃的体积百分比为10％的Na₂CO₃溶液中超声清洗5～8min，然后取出，用清水将表面冲洗干净，烘干。

所述步骤(1)中，超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢表面氧化膜的去除方法是：

小批量生产时，用砂纸打磨表面至出现金属光泽，然后用酒精冲洗、吹干；所用的砂纸表面太粗糙或太光滑都不利于钎料扩散和铺展，推荐选用800～1200号的砂纸；

或：批量生产时，采用化学浸蚀的方法除去氧化膜，即：把零件置于H₂SO₄含量为3.1％(体积分数)、HCl含量为10％(体积分数)的水溶液中，在50～60℃条件下浸洗8～10min，然后置于体积分数30％的HNO₃溶液(用58％～62％HNO₃+纯净水配制)中浸洗2～5min，取出用冷水将表面冲洗干净，烘干。

上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均为常规技术，不属于本发明的发明点，在此不做过多的描述。

上述净化后的连接件应置于干燥环境中，焊前不得与钎焊表面再接触。

所述步骤(2)中，钎料为Ni-Cr-P系镍基钎料，其化学成分为：Ni 75.0％～78.0％，Cr13.0％～15.0％，P 9.5％～10.5％，Si≤0.10％，B≤0.02％，Ti≤0.05％，Co≤0.10％，C≤0.06％，以质量百分比计。钎料要密封，置于阴凉环境保存。

所述步骤(2)中，装配时，控制接头间隙在0.2～0.6mm之间，可以采用镍箔或铜箔控制接头间隙；与现有技术相比，降低了对被连接件接头精加工的要求。

所述步骤(2)中，装配和固定时，最佳的连接件装配方法是工件能自定位和自支撑，或使用夹具进行定位和夹紧。所用夹具受到钎焊件的复杂程度、钎焊温度的影响，必须具有足够高的高温强度和刚性、耐热和抗氧化能力；不因热胀冷缩引起工件移位、定位不精确等，高温下不会在与被连接件接触处发生化学作用。

所述步骤(3)中，钎焊的工艺参数主要包括钎焊温度、升温速度、保温时间和冷却速度、真空度等，具体如下：真空钎焊炉的真空度大于1.33×10^-3Pa，钎焊加热温度为920～1100℃，保温时间5～25min；为了使被连接件内部温度均匀，在加热过程中可以设置几个保温平台，特别是厚度较大的焊件，要延长保温平台和钎焊过程的保温时间，降低冷却速度。

本发明所采用的Ni-Cr-P钎料为膏状共晶钎料，固相线和液相线均为890℃；真空钎焊过程中不需要施加钎剂。

本发明的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺中，提高钎焊温度和延长保温时间可以增加钎料吸收的热量，因此提高钎焊温度可适当缩短保温时间。

本发明的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，采用Ni-Cr-P系镍基钎料，无需钎剂即可实现超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的钎焊，并且钎缝成形美观、界面结合稳定、接头性能可靠，能够满足对特殊性能的需求。本发明给出的叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的钎焊技术，工艺参数稳定，钎焊接头合格率100％。

本发明针对超级镍叠层材料的特殊结构，提出了一种可靠、连接效率高的的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的钎焊方法。采用本发明的方法可获得无裂纹、界面结合良好、表面成形美观的钎焊接头，实现叠层材料的可靠连接，以满足航空航天、动力等领域对高性能材料的需求。

附图说明

图1为实施例1中叠层材料与不锈钢低温钎焊接头示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

厚度为2.6mm的超级镍叠层复合材料与厚度为2.6mm的Cr18-Ni8不锈钢进行真空钎焊。工件长度为30mm，宽度为10mm。超级镍叠层复合材料基层的厚度为2mm，两侧复层的厚度为0.3mm。

采用Ni-Cr-P系钎料，主要化学成分(质量分数)为：Ni 75.8％，Cr 14％，P 10％，C≤0.06％。

具体的真空钎焊工艺步骤如下：

将被连接件置于酒精溶液中超声清洗3min，吹干。用800号细砂纸打磨除去母材待焊面的氧化膜，使其尽可能光洁，用酒精冲洗后吹干。

采用对接接头形式，将对接工件放在铺有石墨纸的钢板上，石墨纸的作用是防止钎料在试板与钢板之间铺展使二者结合在一起，把Ni-Cr-P系膏状钎料涂于接头间隙处，接头缝隙处用厚度0.3mm的不锈钢片调节钎缝间隙，工件用不锈钢工装板夹紧。把装配好的连接件放入加热设备的真空室中进行真空钎焊，真空度为1.33×10^-3Pa。钎焊温度为980℃，保温时间15min。

为了使被连接件内部温度均匀，在加热过程中设置几个保温平台，加热过程分为如下几个阶段：①加热至300℃，加热速度15℃/min；②300℃保温5min；③加热至800℃，加热速度15℃/min；④800℃保温5min；⑤加热至900℃，加热速度10℃/min；⑥900℃保温10min；⑦加热至980℃，加热速度8℃/min。在980℃保温20min，之后通过循环水进行冷却。待真空室内温度冷却至50℃以下时取出钎焊件。

被连接件钎缝结合良好，钎缝外观成形美观，如图1所示。

实施例2：

厚度为2.6mm的超级镍叠层复合材料的对接真空钎焊。被连接件长度为60mm，宽度为20mm。采用Ni-Cr-P系膏状钎料，化学成分(质量分数)为：Ni 75.8％，Cr 14％，P 10％，C≤0.06％。真空钎焊加热温度为940℃，保温时间20min，真空度1.33×10^-4Pa。

具体的真空钎焊工艺步骤如下：

将试板置于70～80℃的体积百分比为10％的Na₂CO₃溶液中超声波清洗5min，取出用冷水冲洗后烘干。用800号细砂纸打磨除去被连接件接头表面的氧化膜，使其尽可能光洁，用酒精冲洗后吹干。

采用对接接头形式，将被连接件放置在铺有石墨纸的钢板上，把Ni-Cr-P系膏状钎料涂于钎缝间隙中，接头间隙用厚度0.4mm的不锈钢箔片调节，被连接件用不锈钢工装板夹紧。把装配好的连接件放入真空加热设备中进行真空钎焊，真空度为1.33×10^-4Pa。

为了使被连接件内部温度均匀，在加热过程中设置几个保温平台，加热过程分为如下几个阶段：①加热至300℃，加热速度15℃/min；②300℃保温5min；③加热至800℃，加热速度15℃/min；④800℃保温5min；⑤加热至900℃，加热速度10℃/min；⑥900℃保温10min；⑦加热至940℃，加热速度8℃/min。钎焊温度为940℃，保温时间20min。之后通过循环水进行冷却。待真空室内温度冷却至50℃以下时取出钎焊件。

被连接件钎缝结合良好，钎缝外观成形美观。

Claims

1.一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于，步骤如下：

(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢进行清理，除去零件表面的油污和待焊面的氧化膜；

(2)将待焊件以超级镍叠层材料-钎料-不锈钢的方式对接装配，固定；所述钎料为Ni-Cr-P系镍基钎料；

(3)把上述固定好的工件放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，真空钎焊炉的真空度大于1.33×10^-3Pa，钎焊加热温度为920～1100℃，保温时间5～25min。

2.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于：

所述步骤(1)中，超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢表面油污的去除方法是：把零件置于酒精或丙酮溶液中超声清洗2～3min，然后烘干；或：把零件置于70～80℃的体积百分比为10％的Na₂CO₃溶液中超声清洗5～8min，然后取出，用清水将表面冲洗干净，烘干。

3.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于：

所述步骤(1)中，超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢表面氧化膜的去除方法是：用砂纸打磨表面至出现金属光泽，然后用酒精冲洗、吹干；或：把零件置于H₂SO₄含量为3.1％、HCl含量为10％的水溶液中，在50～60℃条件下浸洗8～10min，然后置于体积分数30％的HNO₃溶液中进行处理，取出用冷水将表面冲洗干净，烘干。

4.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于：

所述步骤(2)中，钎料为Ni-Cr-P系镍基钎料，其化学成分为：Ni 75.0％～78.0％，Cr13.0％～15.0％，P 9.5％～10.5％，Si≤0.10％，B≤0.02％，Ti≤0.05％，Co≤0.10％，C≤0.06％，以质量百分比计。

5.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于：

所述步骤(2)中，装配时，控制接头间隙在0.2～0.6mm之间。

6.根据权利要求5所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺，其特征在于：

采用镍箔或铜箔控制接头间隙。