CN103266240A - 一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金及其制备方法。合金元素重量百分比为：Ti5～15%、Ni55～70%、Cr12～20%、Si5～10%。一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金的制备方法，包括：按重量百分比为：Ti5～15%、Ni55～70%、Cr12～20%、Si5～10%配料；在真空度为5×10^-3～8×10^-3Pa、电弧电流1000～1100A下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌1～3分钟，再冷却。本发明能够优化合金成分，降低焊接实验温度（1125～1175℃），增强合金与石墨和不锈钢之间的连接性能（TiC、SiC和TiNi高温高强相的形成），改善与两者之间的理化相容性。

Description

一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金及其制备方法。 

背景技术

石墨是一种新型高强材料，它在常温下具有良好的化学稳定性，耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。石墨相对密度较低、具有良好的抗冲击性和高热传导性。石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时也不会产生裂纹。不锈钢具有良好的力学性能和工艺性能，耐蚀，高强度。广泛的应用于民用产业、国防工业、航空航天、能源及交通行业。石墨与不锈钢的焊接件同时具备两者的优点，在国防和民用产业方面都具有很广阔的发展前景。但同时石墨与不锈钢的焊接以及焊接强度是目前急需解决的问题。 

据报道，现在工业上对于石墨和不锈钢的连接有两种方法：1.采用机械连接，用铆钉之类的固定件将石墨和不锈钢连接在一起。2.采用粘结剂，包括有机粘结剂和无机粘结剂。石墨材料与不锈钢的冶金焊接，主要存在两个方面的问题。其一是由于石墨与不锈钢之间的热膨胀系数差距较大（α_石墨=4×10^-6～6×10^-6K，α_不锈钢=12×10^-6K），从而焊件在冷却过程中，可能会在母材的热影响区由于热应力过度集中出现裂纹等现象而导致焊接失败。其二是由于不锈钢熔点较石墨相比低很多，不锈钢的使用温度在-196℃～800℃之间，因此焊料合金的熔点应处于1000℃以上，但低于不锈钢的熔点以下200℃左右（1300～1400℃）。 

发明内容

本发明的目的是提供一种对石墨和不锈钢都有较好的化学和物理相容性，能减小两者的热膨胀落差，焊接温度在1000～1300℃之间，焊接接头使用温度较高，并且能增强两者之间连接的石墨与不锈钢钎焊用镍基合金。 

为了达到上述目的，本发明的合金的技术方案为，合金元素重量百分比为：Ti 5～15%、 Ni55～70%、Cr12～20%、Si 5～10%。 

本发明的另一目的是提供上述石墨与不锈钢钎焊用镍基合金的制备方法。 

为了达到上述目的，本发明的合金的制备方法包括： 

1）  按重量百分比为：Ti 5～15%、 Ni55～70%、Cr12～20%、Si 5～10%配料；

2）  在真空度为5×10^-3～8×10^-3Pa、电弧电流1000～1100A下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌1～3分钟，再冷却。

加入的Ti、Si元素在与石墨的反应界面处形成TiC和SiC化合物，能大幅提高焊接接头的使用温度和使用强度（TiC洛氏硬度93，SiC莫氏硬度为9.5），改善连接合金对石墨材料的化学相容性；加入Cr，可与C元素反应可形成Cr₇C₃和Cr₂₃C₆，不仅可以加强与石墨之间的连接，又由于Cr和Ni都是不锈钢中的主要添加元素，本身可以与Fe元素无限互溶，还可以增加与不锈钢之间连接。 

本发明的制备方法在电弧电流产生的高温下进行真空电弧熔炼，通过电流、熔融时间和反应时间的适当控制，可减小自反应高温相Ni₁₆Ti₆Si₇（1567℃）和Cr₂Ni₃（1400℃）的生成；此外还能够使钎料合金在石墨/不锈钢反应界面之间形成冶金结合。 

总之，本发明能够优化合金成分，降低焊接实验温度（1125～1175℃），增强合金与石墨和不锈钢之间的连接性能（TiC、SiC和TiNi高温高强相的形成），改善与两者之间的理化相容性。 

具体实施方式

实施例1 

首先，按重量百分比：Ti 12%、Ni 60%、Cr19%、Si 9%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的96g Ti，480g Ni，152g Cr，72g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1000A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌1分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例2 

首先，按重量百分比：Ti 10%、Ni 70%、Cr15%、Si 5%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的80g Ti，560g Ni，120g Cr，40g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1100A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌3分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例3 

首先，按重量百分比：Ti 8%、Ni 68%、Cr18%、Si 6%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的64g Ti，544g Ni，144g Cr，48g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1080A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌2分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例4 

首先，按重量百分比：Ti 9%、Ni 65%、Cr18%、Si 8%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的72g Ti，520g Ni，144g Cr，64g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1000A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌3分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例5 

首先，按重量百分比：Ti 7%、Ni 70%、Cr15%、Si 8%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的56g Ti，560g Ni，120g Cr，64g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1050A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌1.5分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例6 

首先，按重量百分比：Ti 5%、Ni 70%、Cr15%、Si 10%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的40g Ti，560g Ni，120g Cr，80g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1000A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌3分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。

实施例7 

首先，按重量百分比：Ti 15%、Ni 55%、Cr20%、Si10%配比成合金原料。其次，将按合金比例准备好的120g Ti，440g Ni，160g Cr，80g Si放入真空度6×10^-3Pa、电弧电流1100A产生的高温下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌2.5分钟使合金成分均匀，冷却。最后，将制得的合金块机械线切割或热轧至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技术将合金块制备成金属合金粉末即得本发明的石墨与钛合金用连接合金。 

Claims (2)

1.一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金，其特征在于，合金元素重量百分比为：Ti 5～15%、 Ni55～70%、Cr12～20%、Si 5～10%。

2.一种石墨与不锈钢钎焊用镍基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按重量百分比为：Ti 5～15%、 Ni55～70%、Cr12～20%、Si 5～10%配料；

2）在真空度为5×10^-3～8×10^-3Pa、电弧电流1000～1100A下进行真空电弧熔炼，电磁搅拌1～3分钟，再冷却。