CN105033504A - 一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料及其制备方法，属于钎焊材料-高温钎料领域，该钎料由Ti、？Cu、Ni和Zr组成的基料以及由镧元素和钕元素共同组成添加成分高温熔炼制成。本发明通过Ti、？Cu、Ni和Zr按照一定的比例组成基料，然后在向其中加入稀土镧和钕，从而改善了润湿性，缩短了对钛合金的润湿时间，使钛合金之间或钛合金与钢之间的钎焊成为可能；同时，也提高了钎料的硬度和自身的剪切强度。

Description

一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及到钎焊材料-高温钎料领域，具体的说是一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料及其制备方法。

背景技术

钛合金以量轻、比强度高、抗腐蚀性能优良、高温强度-低温韧性良好以及生物相容性好等优点，不仅成为航空航天、核工业及石油化工等领域必不可缺的脊柱材料，而且还成为实现某些新工艺流程和新技术的关键部分，因而钛合金/钛合金或钛/钢金属结构更加扩展应用的关键是连接制造技术。在一些钛合金复杂结构、薄壁精密结构的制造工艺中，由于钎焊连接具有独特的优势而愈来愈受到重视。Ti-Ni钎料具有良好的润湿性、流动性和可加工性，钎焊接头具有一定的强度，但由于Ti-Ni钎料熔点高，和母材熔点相差不大，钎焊温度难以控制等原因，使得钛合金的钎焊性较差，而且接头脆性也较大。所以，钛合金钎焊用Ti-Ni钎料，仍有待进一步改善。

因此，开发研制熔点更偏低、润湿性良好、钎料自身塑韧性能更好的Ti-Ni基钎料已刻不容缓，这对钎焊钛合金/钛合金或钛/钢金属结构，加快钛合金向其他低成本工业领域的拓展应用，具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有的钛合金焊接钎料存在的熔点高、塑韧性差的问题，本发明提供了一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料及其制备方法，在保证其熔点降低的基础上为改善其塑韧性，进一步添加稀土La(镧)和Nd(钕)，从而进一步提高钎料的润湿性、塑韧性能，降低钎料熔点。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料，由基料和基料重量0.1-0.5%的添加成分制成，按照重量百分数，所述基料由55-59%的Ti、19-23%的Cu、7-11%的Ni和11-15%的Zr组成，所述添加成分由镧元素和钕元素等重量比混合而成。

优选的，按照重量百分数，所述基料由57%的Ti、21%的Cu、9%的Ni和13%的Zr组成。

上述含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料的制备方法，按照上述的比例称取各物料，其中，基料中的Cu以铜箔的形式包裹添加成分并置于基料的底部，然后在氩气保护氛围中加热到1500-1700℃，使基料和添加成分完全熔化，自然冷却后即得到产品。

所述基料和添加成分在氩气保护氛围中加热熔化、冷却后，多次重复上述加热熔化和冷却过程，以使基料和添加成分熔炼并混合均匀。

有益效果：本发明与现有的钛合金钎料相比，具有以下优点：

（1）通过向钎料中添加稀土La和Nd元素，从而改善了润湿性，缩短了对钛合金的润湿时间，使钛合金之间或钛合金与钢之间的钎焊成为可能；

（2）先配制由Ti、Cu、Ni和Zr组成的基料，然后再向基料中加入稀土La和Nd的添加成分，不仅使整个制备工艺过程简单化，而且还可先筛选工艺性能、力学性能良好的Ti-Cu-Ni-Zr基料，在此基础上再制备含稀土Ti-Cu-Ni-Zr-RE钎料，这样可提高效率，降低成本；

（3）实验结果表明，本发明所得产物，其润湿性和力学性能均较现有的普通钎料优良，钎料熔点有所降低，满足钎焊使用要求，可以解决钛合金之间或钛合金与钢异材间钎焊难的问题。

附图说明

图1为钎料合金硬度随添加成分含量的变化曲线图；

图2为钎料合金铺展面积随添加成分含量的变化曲线图；

图3为钎料合金剪切强度随添加成分含量的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，以下实施例中，基料中所用的Ti、Cu、Ni和Zr均采用单质形态，稀土La和Nd采用单质或氧化物，所涉及的比例均为重量百分比。

实施例1

按照55-59%的Ti、19-23%的Cu、7-11%的Ni和11-15%的Zr的比例选取单质Ti、Cu、Ni和Zr以组成基料，然后按照0.05%的La和0.05%的Nd比例称取稀土La和Nd，Cu单质制成铜箔用于包裹添加成分，首先将铜箔包裹的添加成分放入工业用真空非自耗感应炉中，然后将剩余的基料堆积在铜箔上，再将炉内抽成真空并充入氩气做保护气体；然后打开感应电弧炉电源预热5分钟，预热过后打入电弧引燃，开始对原料进行熔炼；熔炼过程中调节电流使其熔化均匀，在常压下，温度为1500-1700℃，待原料完全熔化均匀后，切断电源随炉冷却大约15分钟；待熔炼结束，将试样翻转重新打入电弧再进行熔炼两次，为了熔炼均匀钎料合金要熔炼三遍以上，即可得到产品。

实施例2

按照55-59%的Ti、19-23%的Cu、7-11%的Ni和11-15%的Zr的比例选取单质Ti、Cu、Ni和Zr以组成基料，然后按照0.15%的La和0.15%的Nd比例称取稀土La和Nd，Cu单质制成铜箔用于包裹添加成分，首先将铜箔包裹的添加成分放入工业用真空非自耗感应炉中，然后将剩余的基料堆积在铜箔上，再将炉内抽成真空并充入氩气做保护气体；然后打开感应电弧炉电源预热5分钟，预热过后打入电弧引燃，开始对原料进行熔炼；熔炼过程中调节电流使其熔化均匀，在常压下，温度为1500-1700℃，待原料完全熔化均匀后，切断电源随炉冷却大约15分钟；待熔炼结束，将试样翻转重新打入电弧再进行熔炼两次，为了熔炼均匀钎料合金要熔炼三遍以上，即可得到产品。

实施例3

按照55-59%的Ti、19-23%的Cu、7-11%的Ni和11-15%的Zr的比例选取单质Ti、Cu、Ni和Zr以组成基料，然后按照0.25%的La和0.25%的Nd比例称取稀土La和Nd，Cu单质制成铜箔用于包裹添加成分，首先将铜箔包裹的添加成分放入工业用真空非自耗感应炉中，然后将剩余的基料堆积在铜箔上，再将炉内抽成真空并充入氩气做保护气体；然后打开感应电弧炉电源预热5分钟，预热过后打入电弧引燃，开始对原料进行熔炼；熔炼过程中调节电流使其熔化均匀，在常压下，温度为1500-1700℃，待原料完全熔化均匀后，切断电源随炉冷却大约15分钟；待熔炼结束，将试样翻转重新打入电弧再进行熔炼两次，为了熔炼均匀钎料合金要熔炼三遍以上，即可得到产品。

为了验证添加成分的加入对钎料性能的影响，本发明采用逐渐增加Ti-Cu-Ni-Zr基料中添加成分的含量的方法，检测最终得到的合金钎料的硬度、铺展面积和自身剪切强度，所用基料的成分为57%的Ti、21%的Cu、9%的Ni和13%的Zr，添加成分的组成为等重量比的La和Nd，添加成分的含量从0逐渐增加到0.5%，检测结果分别如附图1、附图2和附图3所示。

由附图可以看出：

1）钎料合金的硬度随稀土添加量的增加呈现逐渐升高的趋势，并在在稀土添加量为0.5时达到最大值48.6HRC，较基体提高4%(见图1)；

2）添加稀土元素后，钎料合金的铺展面积呈现先增加后降低的趋势。在稀土添加量为0.3%时，铺展面积达到最大值为73.6mm2，较基体提高了88.8%(见图2)；

3）添加稀土元素后，钎料合金的自身剪切强度的规律同铺展面积一样呈现先增加后降低的趋势，并在稀土添加量为0.3%时剪切强度达到最大为157.1MPa(见图3)。

Claims (4)

1.一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料，其特征在于：由基料和基料重量0.1-0.5%的添加成分制成，按照重量百分数，所述基料由55-59%的Ti、19-23%的Cu、7-11%的Ni和11-15%的Zr组成，所述添加成分由镧元素和钕元素等重量比混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料，其特征在于：按照重量百分数，所述基料由57%的Ti、21%的Cu、9%的Ni和13%的Zr组成。

3.根据权利要求1所述的含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料的制备方法，其特征在于：按照权利要求1所述的比例称取各物料，其中，基料中的Cu以铜箔的形式包裹添加成分并置于基料的底部，然后在氩气保护氛围中加热到1500-1700℃，使基料和添加成分完全熔化，自然冷却后即得到产品。

4.根据权利要求3所述的含有镧钕元素的钛合金钎焊用钎料的制备方法，其特征在于：所述基料和添加成分在氩气保护氛围中加热熔化、冷却后，多次重复上述加热熔化和冷却过程，以使基料和添加成分熔炼并混合均匀。