CN103265896A - 一种耐高温的不锈钢连接技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温的不锈钢连接技术，本技术包括步骤：1）取先驱体聚合物，并加入其质量10～30%的填料；之后将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料；2）将不锈钢的连接端面抛光，在酒精中清洗干净；将粘接剂浆料涂抹到被连接试样的端面，叠加后放入恒温干燥箱中；3）将恒温干燥箱升至180℃～300℃，保温1～2小时后自然冷却降温至室温；4）将处理过的不锈钢连接件放进氮气炉中，以3～5℃/min的速率升温至800℃～1200℃，保温30分钟～2小时，然后以同样的速率缓慢冷却至室温。本方法是不锈钢的一种新型连接方法，以本法连接的连接件强度高，不仅可用于一般连接件的温度，甚至可以满足一些高温特殊场合的需求。

Description

一种耐高温的不锈钢连接技术
技术领域
本发明涉及一种耐高温的不锈钢新型连接技术，属于材料连接技术领域。
背景技术
耐高温不锈钢因其优异的耐高温性能，广泛应用于航天航空、汽车工业、水工业、建筑业、家电业等领域；也因此，耐高温不锈钢的连接技术被广泛关注。
目前，金属的连接方法主要是熔焊，压焊和钎焊，这些焊接技术特点各有偏重，但它们在实际应用于不锈钢连接时，均容易导致不锈钢基体产生一些缺陷，如：（1）造成不锈钢基体产生冷裂纹和气孔。这是由于焊缝中存在微小的缺陷或微裂纹，固态金属中的氢原子向缺陷部位集中，形成氢分子，再加上应力的作用，导致裂纹扩展，最终形成冷裂纹；同时由于在熔融状态下，氢的溶解度很高，但在固态金属中的溶解度很低，由于逸出速度的原因，很容易形成氢气孔；（2）造成不锈钢基体发生晶间腐蚀。这是由于当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度，因此多余的碳就不断地向晶粒边界扩散，并和铬在晶间形成碳化铬的化合物，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失。
由于不锈钢的这些特性，不锈钢部件的焊接，对操作人员的焊接技术水平和经验要求较高，残次品率较高。
有机胶粘剂是一种具有良好的韧性、环境稳定性和耐热冲击性等优点的粘接材料，近年来，出现一些将有机胶粘结剂用于陶瓷的连接方面的研究报道，比如，利用耐高温有机胶粘剂中的环氧类、酚醛类、芳杂环类和有机硅类胶粘剂实现了陶瓷的连接，有的几乎达到可以实际应用的程度。但令人遗憾的是，由于大多数可用于陶瓷连接的有机胶粘剂无法连接金属，所以迄今为止，尚未有见到将有机胶粘剂用于金属连接方面的研究报道。
发明内容
在一项实验研究中，发明人发现了一种不锈钢的粘接方法，采用本方法粘接的不锈钢，胶结牢固，高温环境下强度也很高。
本发明的目的是提供一种耐高温的不锈钢连接技术。
本技术方法通过以下技术方案实现，包括步骤：
1）取先驱体聚合物，向其中加入其质量10～30%的填料；之后将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料，备用；
2）将不锈钢的连接端面抛光，在酒精中清洗干净；将步骤1）制备的粘接剂浆料涂抹到被连接试样的端面,叠加后放入恒温干燥箱中；
3）将恒温干燥箱升至180℃～300℃，保温1～2小时后自然冷却降温至室温；
4）将步骤3）处理过的不锈钢连接件放进氮气炉中，以3～5℃/min的速率升温至800℃～1200℃,保温30分钟～2小时，然后以同样的速率缓慢冷却至室温。
所述先驱体聚合物是指聚硅氮烷或聚硼硅氮烷；
所述填料是指Fe2O3粉，B4C粉，Si粉中的一种。
本发明的优点和特点是：
1.为不锈钢的连接提供了一种新的连接方法，避免了不锈钢传统的焊接连接方式中的问题和不足。
2.本发明连接工艺简单。无复杂的工艺流程，工艺操作过程简单，对设备要求不高。
3.连接件在高温环境下的强度高。本发明的不锈钢连接件在1000℃以上时，仍能保持较高的连接强度；1200℃烧结后弯曲强度可达80MPa。
4.应用范围广泛。普通的胶结件只适用于400℃以下，传统的焊接件所获连接层一般也只能在700℃下使用，而本发明甚至可以满足一些高温特殊场合的需求；如，排气机器，热处理炉或热交换机等工作温度在1000℃以上的零部件的连接领域。
附图说明：
图1：为实施例3不锈钢界面区域SEM照片
具体实施方式
为了理解本发明，下面将结合实施例对本发明做进一步说明，但不限制本发明。
实施例1：
1.基材：表面抛光的316L不锈钢（10×10×10mm），材料牌号为022Cr17Ni12Mo2，熔点为1375～1450℃。
2.先驱体聚合物：聚硅氮烷，为无色粘稠液体，摩尔质量为2.5～3.0kg/mol。
3.填料：Fe2O3粉，平均粒度为1～3μm。
将不锈钢的连接端面用金刚石磨盘抛光,并在酒精中用超声波清洗干净、在烘箱中烘干。取先驱体聚硅氮烷，向其中加入其质量10%的Fe2O3粉，将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料，将粘接剂浆料均匀地涂抹到被连接试样的端面,叠加后放入恒温干燥箱中。以5℃/min的速率,升至250℃，保温120分钟后自然冷却降温至室温。然后将连接件放进氮气炉中，以5℃/min的速率升温至800℃,保温90分钟，以同样的速率缓慢冷却至室温。
经测试，所得连接件抗弯强度为34.26MPa。
实施例2：
1.基材：表面抛光的316L不锈钢（10×10×10mm），材料牌号为022Cr17Ni12Mo2，熔点为1375～1450℃。
2.先驱体聚合物：聚硼硅氮烷，为淡黄色透明粘稠态液体，摩尔质量约为2.5kg/mol。
3.填料：B4C粉，平均粒度为3～5μm。
将不锈钢的连接端面用金刚石磨盘抛光,并在酒精中用超声波清洗干净，在烘箱中烘干。取先驱体聚硼硅氮烷，向其中加入其质量20%的B4C粉，将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料；将粘接剂浆料均匀地涂抹到被连接试样的端面,叠加后放入恒温干燥箱中；以5℃/min的速率,升至200℃，保温60分钟后自然冷却降温至室温。然后将连接件放进氮气炉中，以3℃/min的速率升温至1000℃,保温60分钟，以同样的速率缓慢冷却至室温。
经测试，所得连接件抗弯强度为81.06MPa。
实施例3：
1.基材：表面抛光的316L不锈钢（10×10×10mm），材料牌号为022Cr17Ni12Mo2，熔点为1375～1450℃。
2.先驱体聚合物：聚硼硅氮烷，为淡黄色透明粘稠态液体，摩尔质量约为2.5kg/mol。
3.填料：Si粉，平均粒度为1～10μm。
将不锈钢的连接端面用金刚石磨盘抛光,并在酒精中用超声波清洗干净，在烘箱中烘干。取先驱体聚硼硅氮烷，向其中加入其质量25%的Si粉，将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料；将粘接剂浆料均匀地涂抹到被连接试样的端面,叠加后放入恒温干燥箱中；以5℃/min的速率,升至300℃，保温60分钟后自然冷却降温至室温。然后将连接件放进氮气炉中，以5℃/min的速率升温至1200℃,保温30分钟，以同样的速率缓慢冷却至室温。
经测试，所得连接件抗弯强度为48.47MPa。
图1为连接效果的观察。图中显示，连接层厚度约为10μm，结构较为均匀致密，连接层与母材结合良好，界面处裂纹、孔洞等缺陷较少。表明：连接层在高温下的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变，由有机物转化为无机小分子，中间层与基体间为化学结合，故有较高强度。

Claims (1)

1.一种耐高温的不锈钢连接技术，其特征在于包括步骤：
1）取先驱体聚合物，向其中加入其质量10～30%的填料；之后将它们用超声波混合均匀，制成粘接剂浆料，备用；
2）将不锈钢的连接端面抛光，在酒精中清洗干净；将步骤1）制备的粘接剂浆料涂抹到被连接试样的端面,叠加后放入恒温干燥箱中；
3）将恒温干燥箱升至180℃～300℃，保温1～2小时后自然冷却降温至室温；
4）将步骤3）处理过的不锈钢连接件放进氮气炉中，以3～5℃/min的速率升温至800℃～1200℃,保温30分钟～2小时，然后以同样的速率缓慢冷却至室温；
所述先驱体聚合物是指聚硅氮烷或聚硼硅氮烷；
所述填料是指Fe2O3粉，B4C粉，Si粉中的一种。
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