CN103737197A

CN103737197A - 用于焊接ta系列钛与不锈钢的非晶合金钎料及制备方法

Info

Publication number: CN103737197A
Application number: CN201310489139.2A
Authority: CN
Inventors: 翟秋亚; 崔洁; 徐锦锋
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-04-23

Abstract

本发明公开了一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。本发明还公开该种非晶合金钎料箔材的制备方法。本发明的非晶合金钎料熔点在762℃～842℃之间，钎焊温度低于Ti的相变点，钎料柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与被焊金属及合金的匹配性好、钎缝耐腐蚀性能良好，焊缝为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能较高。

Description

用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料及制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，本发明还涉及该非晶合金钎料的制备方法。

背景技术

钛及其合金比强度高，耐蚀性能好，是重要的宇航结构材料和化工材料。但因钛金属价格较高，工程上常用钛-钢（异种金属）合金结构，既可满足使用性能要求，又节约了钛材。制造钛-钢复合结构的关键是解决钛与钢的焊接问题。由于钛与铁间的线膨胀系数、热导率相差均较大，在焊接接头中易形成较大的内应力；焊缝中铁的含量会大大超过其在钛中的溶解度，在焊缝中形成大量的金属间化合物；除此之外，焊缝中的钛还会与铁、铬、镍、碳形成复杂的金属间化合物，使焊缝金属脆化，产生裂纹。

钎焊是实现钛与钢连接所常用的方法。但是，由于钎缝多出现硬脆金属间化合物相而使接头性能难于保障，而且钎缝耐蚀性也常常满足不了使用要求，尤其是TA系列钛合金在钎焊加热过程中，当温度高于882℃时会发生从α-Ti向β-Ti的相变，钛材的近缝区性能降低。因此，欲获得较高性能的钎接接头，必须降低钎料的熔点，将焊接温度控制在钛的相变温度以下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，解决了现有技术中，当温度高于882℃时会发生从α-Ti向β-Ti的相变，导致钛材的近缝区性能降低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述的非晶合金钎料的制备方法。

本发明采用的技术方案是，一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。

本发明采用的另一技术方案是，一种上述非晶合金钎料的制备方法，该方法按照以下步骤实施：

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金

A1、按以下原子百分比称量好各种高纯金属：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％；

A2、将步骤A1净化处理好的各高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni、Ti-Fe、Fe-Cr-In-Ga的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；

A3、将步骤A2得到的四组中间合金，再按照Cu-Sn与Cu-Ni组合，Ti-Fe与Fe-Cr-In-Ga组合，进行二次熔配，得到两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-In-Ga；

A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与Ti-Fe-Cr-In-Ga进行熔配，得到非晶母合金；

步骤B、将步骤A4得到的非晶母合金，应用单辊快速凝固装置制备得到非晶合金钎料箔材，即成。

本发明的有益效果是，该种非晶合金钎料具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且熔点在762℃～842℃之间，钎焊温度低于Ti的相变点，凝固温度区间较小，铺展性和填缝性好，易于获得高性能钎接接头。钎料柔韧性能好，便于加工和装配；具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且熔点较低，铺展性和填缝性好，接头综合力学性能较高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。

在本发明的非晶合金钎料成分中，各组分及含量限定理由是：

为了提高钛合金/不锈钢接头的综合力学性能，非晶合金钎料主元选择Ti-Cu-Ni-Cr-Fe五主元系合金。主要原因有三点：①焊接过程中母材向液态钎料层的溶解不可避免，为预防钎缝产生脆性金属间化合物起见，钎料须含有Ti、Fe、Ni、Cr等诸主元；②为了获得具有单相fcc固溶体微结构的高性能钎缝，钎料中须添加Cu作为主要组元；③通过在合金中添加Sn、In和Ga，调节钎料熔点，改善钎料活性，提高钎料铺展性。

本发明的非晶合金钎料的制备方法，使用单辊快速凝固装置制得，按照以下步骤实施，

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金

A1、按以下原子百分比称量好各种高纯金属：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％；各种高纯金属的纯度均高于99.99％；再分别用硅油或硼酐将称量好的各高纯金属进行净化处理；

步骤B、将步骤A4得到的非晶母合金，应用单辊快速凝固装置制备得到非晶合金钎料箔材，辊轮线速度控制在5～40m/s，制备的非晶钎料箔材厚度为25～60μm，宽约3～7mm，长约1～2m。

采用上述的制备得到的非晶合金钎料箔材，在焊接钛/不锈钢的试样接头装配时，先将箔材置于待焊TA钛/不锈钢之间，然后按照常规真空钎焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和凝固，实现TA钛/不锈钢的钎焊连接。

表1为各个本发明四个实施例的含量配比对照表

实施例1

依照表1中实施例1的原子百分比换算成相应的质量百分比，然后按量称取各高纯金属，按照上述钎料制备步骤实施，将辊面线速度控制在5m/s，制备的非晶合金钎料箔材厚约60μm。应用该非晶合金钎料箔材，对TA2与0Cr18Ni9Ti进行焊接，接头拉剪强度约230.5MPa。

实施例2

依照表1中实施例2的原子百分比换算成相应的质量百分比，然后按量称取各高纯金属，按照上述钎料制备步骤实施，将辊面线速度控制在12m/s，制备出厚约55μm的态非晶合金钎料箔材。应用该非晶合金钎料箔材，对TA3与0Cr18Ni9Ti进行焊接，接头拉剪强度约221.7MPa。

实施例3

依照表1中实施例3的原子百分比换算成相应的质量百分比，然后按量称取各高纯金属，按照上述钎料制备步骤实施，将辊面线速度控制在15m/s，制备出厚约45μm的态非晶合金钎料箔材。应用该非晶合金钎料箔材，对TA2与0Cr18Ni9Ti进行焊接，接头拉剪强度约195.0MPa。

实施例4

依照表1中实施例4的原子百分比换算成相应的质量百分比，然后按量称取各高纯金属，按照上述钎料制备步骤实施，将辊面线速度控制在20m/s，制备出厚约40μm的态非晶合金钎料箔材。应用该非晶合金钎料箔材，对TA3与0Cr18Ni9Ti进行焊接，接头拉剪强度约207.8MPa。

综上所述，本发明的非晶合金钎料熔点较低，钎料熔点在762℃～842℃之间，钎焊温度低于Ti的相变点，焊缝为单相fcc固溶体组织。钎料柔韧性好，便于加工和装配；在焊接时与TA钛/不锈钢的匹配性好、钎缝耐腐蚀性能良好，焊缝为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能显著提高；该种非晶合金钎料的制备方法，工艺简单，制作成本低，便于推广。使用本发明的非晶合金钎料箔进行钛/不锈钢接头的钎焊工艺简单，操作方便。

Claims

1.一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，其特征在于，由以下组分按原子百分比组成：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。

2.一种权利要求1所述非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施：

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金

3.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，各种高纯金属的纯度均高于99.99％。

4.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，分别用硅油或硼酐将称量好的各高纯金属进行净化处理。

5.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，辊轮线速度控制在5～40m/s。