CN102319966A

CN102319966A - 一种钛和钛合金钎焊用钎料及制备方法和钎焊方法

Info

Publication number: CN102319966A
Application number: CN201110250491A
Authority: CN
Inventors: 李涛; 龙伟民; 刘文明; 朱坤; 张强; 周金锁; 张雷; 于新泉; 潘建军; 张翼; 黄俊兰; 孙华为
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102319966B

Abstract

本发明公开了一种钛和钛合金钎焊用钎料，它包括含有质量百分比计的Ni：22～32%；Al：1～1.5%；Mn：0.5～1.0%；V：0.3～0.6%；Sn：0.6～1.0%；Zr：1.5～2%；余量为Cu。本发明钎料的制备方法包括：称取原材料，熔炼后浇注成钎料锭，然后经挤压、轧制成钎焊箔。本发明钎料采用氩气保护的电容储能电阻加热方法来钎焊钛金属。本发明钎料中不含贵金属钯和银，可以大大降低制造成本；钎料加工性能好、退火间加工率大，能轧制成0.1mm的箔带，制成品比率在80-85%。同时制备方法简单，钎焊钛金属接头强度高，钎焊时间短，钛合金基体金属组织不会发生变化，尤其适合大批量小规格钛合金部件的钎焊。

Description

一种钛和钛合金钎焊用钎料及制备方法和钎焊方法

技术领域

本发明涉及钎焊料加工领域，尤其是涉及一种钛和钛合金钎焊用钎料，本发明还涉及该钎料的制备方法以及使用该钎料钎焊钛基体的方法。

背景技术

目前，钛及钛合金在工业生产和社会生活中的应用日益广泛，由于比重小、强度高、耐腐蚀性腔和生物相容性好，钛及钛合金在航空航天、化工、生物医药和民用生活等领域的重要作用不可替代。随着钛及钛合金的大量应用，钛和钛合金钎焊用钎料的需求也大幅增长。

由于钛是化学活性极高的金属，钎焊比较困难，需要在真空或惰性气体保护下进行钎焊，所用的钎料可分为银基、钯金、钛基和铝基四大类。由于钯和银是稀有贵金属，国家资源有限，钯基和银基钎料价格昂贵，使用受到了价格和资源两大因素的限制；而钛基钎料本身比较脆，加工性能差，钎料制备困难，难以满足批量工业生产的需要；铝基钎料钎焊强度低，只能使用在强度要求不高的工况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低、加工性能良好和钎焊强度高的钛和钛合金钎焊用钎料，本发明还提供该钎料的制备方法以及采用该钎料钎焊钛基体的钎焊方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的钛和钛合金钎焊用钎料，它包括含有质量百分比计的Ni：22～32%；Al ：1～1.5%；Mn：0.5～1.0% ；V：0.3～0.6%；Sn：0.6～1.0%；Zr：1.5～2% ；余量为Cu。

所述原料的质量百分配比可以为：Ni：24～30%；Al：1.1～1.4%；Mn：0.6～0.9% ；V：0.4～0.5%；Sn：0.7～0.8%；Zr：1.6～1.8% ；余量为Cu。

所述原料的质量百分配比最好为：Ni：28.6%；Al：1.2%；Mn：0.9% ；V：0.5%；Sn：0.7%；Zr：1.8% ；余量为Cu。

本发明钎料的制备方法包括下述步骤：

第一步，称取原材料Cu、Ni以及Cu-Al、Cu-Mn、Ni -V、Cu-Sn和Cu-Zr中间合金,使Ni元素占总质量的22～32%， Al元素占总质量的1～1.5%，Mn元素占总质量的0.5～1.0%，V元素占总质量的0.3～0.6%， Sn元素占总质量的0.6～1.0%， Zr元素占总质量的1.5～2%；余量为Cu元素；

第二步，将上述称取的原材料Cu和Ni放入中频真空冶炼炉坩埚中，关闭真空炉炉盖，将中间合金放到真空炉加料盒内，抽真空后充入氩气；然后加热升温，当Cu和Ni完全熔化后依次加入Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Mn、Cu-Zr和Ni -V中间合金，完全熔化后静置30分钟，浇注成钎料铸锭；

第三步，清除钎料铸锭氧化皮和冒口，加热后挤压成带状钎料；

第四步，将带状钎料真空退火，轧制加工成钎料箔即可。

使用本发明钎料钎焊钛基体的钎焊方法为：首先采用加氩气保护的电容储能电阻焊方法加热待焊接的钛基体和钎料箔，储能焊机的上下电极通有冷却水，在上电极上加压后即可施焊。

本发明钎料中各元素的作用：

1）Cu（铜）和Ni（镍）：与Ti（钛）具有强烈合金化作用的元素，能在短时间内扩散到钛基体金属中形成扩散层，得到高强度接头；

2）Zr（锆）：活性元素，可与Ti形成固体熔体，形成牢固连接；

3）Al（铝）、Sn（锡）：可以降低钎料熔点；

4）Mn（锰）：可以提高钎料的强度和润湿性；

5）V（钒）：细化晶粒，提高钎料的高温强度。

本发明的优点在于：

该钎料中不含贵金属钯和银，可以大大降低制造成本；钎料加工性能好、退火间加工率大，能轧制成0.1mm的箔带，制成品比率在80-85%。

使用该钎料钎焊钛合金的接头强度高，在0.05-0.10mm间隙情况下接头抗拉强度达400-600MPa；具有较高的高温强度，450℃时接头抗拉强度仍达到210 MPa，在相同焊接工艺条件下，明显高于铝基钎料的，也高于银基钎料的钎焊接头强度，和钛基钎料的钎焊接头强度基本相当。表一是以上所述几类钎料钎焊相同钛金属基体的钎焊接头强度对比。

表一不同钎料钎焊钛合金TA4-TA4的钎焊接头抗拉强度。

钎料种类	基体材料	钎焊接头室温抗拉强度/MPa
			本发明钎料	TA4-TA4	437
铝基钎料	TA4-TA4	246
			银基钎料	TA4-TA4	369
钛基钎料	TA4-TA4	449

本发明钎料可替代银基、钯基、钛基钎料用于钛及钛合金的钎焊，是一种制造成本低、加工性能良好、钎焊强度高的钎料；配合本发明的钎焊工艺，可获得性能优良的钛金属钎焊接头，同时钎焊效率高，尤其适合大批量小规格钛合金部件的钎焊。

附图说明

图1是本发明的钎焊方法示意图。

具体实施方式

本发明所述的钛和钛合金钎焊用钎料，它包括含有质量百分比计的Ni：22～32%；Al：1～1.5%；Mn：0.5～1.0% ；V：0.3～0.6%；Sn：0.6～1.0%；Zr：1.5～2% ；余量为Cu。

所述原料的质量百分配比也可以为：Ni：24～30%；Al：1.1～1.4%；Mn：0.6～0.9% ；V：0.4～0.5%；Sn：0.7～0.8%；Zr：1.6～1.8% ；余量为Cu。

本发明钎料的制备方法包括下述步骤：

第一步，按上述质量百分比称取原材料Cu、Ni以及Cu-Al、Cu-Mn、Ni -V、Cu-Sn和Cu-Zr中间合金,使Ni元素占总质量的22～32%（最好为28.6%）， Al元素占总质量的1～1.5%（最好为1.2%），Mn元素占总质量的0.5～1.0%（最好为0.9%），V元素占总质量的0.3～0.6%（最好为0.5%）， Sn元素占总质量的0.6～1.0%（最好为0.7%）， Zr元素占总质量的1.5～2%（最好为1.8%）；余量为Cu元素；

第二步，将上述称取的原材料Cu和Ni放入中频真空冶炼炉坩埚中，关闭真空炉炉盖，将中间合金放到真空炉加料盒内，抽真空后充入氩气；然后加热升温，当Cu和Ni完全熔化后依次加入Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Mn、Cu-Zr和Ni -V中间合金，完全熔化后静置30分钟，浇注成φ60mm钎料铸锭；

第三步，清除钎料铸锭氧化皮和冒口，用中频加热装置加热到900-950℃，用挤压机两次挤压成型：第一次挤压到φ30mm，第二次挤压成3mm×20mm钎料带；

第四步，将带状钎料真空退火（退火温度：600-620℃），然后轧制加工成0.1mm×20mm的钎料箔。

使用本发明的钎料钎焊钛基体的钎焊方法为：被焊钛零件3和钛零件4是TA4合金，采用加氩气保护的电容储能电阻焊方法加热钛零件3、4和钎料箔5，储能焊机的电极1和电极2通有冷却水，在电极1上加压后即可施焊，如图1所示。冷却水使电极1、2和夹持的钛零件3和钛零件4在钎焊时温度不会上升过高，以防止电极损伤和钛零件金属组织发生不利的转变，同时电极1上加有压力，当钎料熔化时电极1能压紧钛零件3使钎料充分填满钛零件3、4的间隙。由于钎料箔5是多元合金的高电阻材料，在电容放电加热的0.2秒左右时间内就能够迅速熔化成液态钎料并润湿钛零件3和零件4。由于本发明的钎料主要包括易和钛金属发生合金化的元素Cu、Ni、Al和Zr，钎料能很好的润湿钛金属并扩散形成高强度接头，同时由于整个钎焊过程时间很短，钛合金基体金属组织基本没有发生变化。

Claims

1.一种钛和钛合金钎焊用钎料，其特征在于：它包括含有质量百分比计的Ni：22～32%；Al ：1～1.5%；Mn：0.5～1.0% ；V：0.3～0.6%；Sn：0.6～1.0%；Zr：1.5～2% ；余量为Cu。

2.根据权利要求1所述的钛和钛合金钎焊用钎料，其特征在于：所述原料的质量百分配比为：Ni：24～30%；Al：1.1～1.4%；Mn：0.6～0.9% ；V：0.4～0.5%；Sn：0.7～0.8%；Zr：1.6～1.8% ；余量为Cu。

3.根据权利要求1所述的钛和钛合金钎焊用钎料，其特征在于：所述原料的质量百分配比为：Ni：28.6%；Al：1.2%；Mn：0.9% ；V：0.5%；Sn：0.7%；Zr：1.8% ；余量为Cu。

4.根据权利要求1所述钎料的制备方法包括下述步骤：

第二步，将上述称取的原材料Cu和Ni放入中频真空冶炼炉坩埚中，关闭真空炉炉盖，将上述称取的中间合金放到真空炉加料盒内，抽真空后充入氩气；然后加热升温，当Cu和Ni完全熔化后依次加入Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Mn、Cu-Zr和Ni -V中间合金，待完全熔化后静置30分钟，浇注成钎料铸锭；

第四步，将带状钎料真空退火，轧制加工成钎料箔即可。

5.使用如权利要求1所述钎料钎焊钛基体的钎焊方法为：首先采用加氩气保护的电容储能电阻焊方法加热待焊接的钛基体和钎料箔（5），储能焊机的上电极（1）和下电极（2）通入冷却水，在上电极（1）上加压后即可施焊。