CN105458548A - 一种高温合金薄壁结构的钎焊料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温合金薄壁结构的钎焊料及其制备方法和应用。该高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成包括：10％-12％的W，9％-11％的Nb，9％-11％的Co，6.0％-8.0％的Cr，4.0％-6.0％的Al，1.0％-2.0％的Mo，0.3％-0.9％的Ti，0.25％-0.35％的B，0.1％-0.15％的C和余量的Ni，该高温合金薄壁结构的钎焊料的各原料组分的质量百分比之和为100％。将上述高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成按比例混合，通过冶炼形成铸锭；将铸锭制成粉末焊料或非晶态带状焊料，得到上述高温合金薄壁结构的钎焊料。本发明的上述高温合金薄壁结构的钎焊料适用于高温合金薄壁结构的耐高温钎焊料，可以在1000℃-1200℃的高温条件下使用。

Description

一种高温合金薄壁结构的钎焊料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种适用于高温合金薄壁结构的耐高温钎焊料及其制备方法，属于航空材料制造技术领域。
背景技术
对于高速飞行器来说，机体结构对其机动性、敏捷性和承载能力产生重要影响，随着马赫数的提高，机体结构在耐热、隔热方面的性能也越来越受到关注。
在各种机体结构中，具有减重、承载、耐热/隔热等综合特性的新型机体结构(如蒙皮-桁条(即加强筋结构)和夹层(即夹芯结构)形式的薄壁/超薄壁机体结构)仍是结构减重的首选。
高速飞行器在大气层中飞行时，将受到强烈的气动加热，当飞行马赫数Ma≥5时，飞行器头部驻点区的空气温度可达到1200℃以上，机翼前缘也可达到上千度的高温，普通金属材料会完全熔化，结构失去承载能力，必须采用其他更耐高温的新型高温合金材料来制造蜂窝夹层结构，以适应更宽的温度使用范围，如美国在金属热防护结构上采用新型镍基高温合金Alloy602CA或PM2000氧化物弥散强化合金替代Inconel617合金，可以使金属热防护结构的使用温度由1000℃提高到1200℃，而且PM2000氧化物弥散强化合金比Inconel617合金的密度还要低10％。
对于常用高温合金蜂窝夹层构的钎焊，目前常用的钎焊料主要有镍基焊料、钴基焊料，可以满足600℃-900℃温度范围内的高温使用的要求，但无法满足新型高温合金钎焊的高温使用要求(1000℃-1200℃)，国外目前对于PM2000蜂窝夹层结构的钎焊，一般采用Pd-Ni焊料，成本较高，是镍基焊料成本的上百倍。。
对于新型耐高温蜂窝薄壁结构，采用传统的耐高温钎焊料，均存在润湿性差、易溶蚀及成本过高等问题，设计出一种适合于新型耐高温蜂窝薄壁结构的耐高温钎焊料成为了本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于高温合金薄壁结构的耐高温的钎焊料(薄壁结构一般指壁厚小于0.1mm的结构)，可以在1000℃-1200℃的高温条件下使用。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高温合金薄壁结构的钎焊料，以该高温合金薄壁结构的钎焊料的总质量为100％计，该高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成包括：10％-12％的W，9％-11％的Nb，9％-11％的Co，6.0％-8.0％的Cr，4.0％-6.0％的Al，1.0％-2.0％的Mo，0.3％-0.9％的Ti，0.25％-0.35％的B，0.1％-0.15％的C和余量的Ni，该高温合金薄壁结构的钎焊料的各原料组分的质量百分比之和为100％。
本发明还提供了一种高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成按比例混合，通过冶炼形成铸锭；
将所述铸锭制成粉末焊料或非晶态带状焊料，得到高温合金薄壁结构的钎焊料。
在本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法中，优选地，通过真空感应冶炼形成铸锭。
在本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法中，优选地，通过雾化制粉方式将所述铸锭制成粉末焊料。
在本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法中，优选地，通过真空快淬方式将所述铸锭制成非晶态带状焊料。
本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料可以用于高温合金薄壁结构的钎焊。
本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，优选地，将该高温合金薄壁结构的钎焊料与蜂窝芯体、板材进行装配，装配过程中控制蜂窝芯体与板材之间装配间隙小于0.08mm。
本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，优选地，蜂窝芯体的芯格壁厚为0.05mm-0.1mm，芯格高度为10mm-200mm，芯格尺寸为1.6mm-12.8mm。
本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，优选地，钎焊温度为1250℃-1280℃；更优选地，钎焊温度为1250℃。
本发明提供的上述高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，优选地，钎焊保温时间为15min-20min。
本发明的高温合金薄壁结构的钎焊料，根据镍基合金的合金化特点，采用Cr等元素提高抗氧化性，采用较多的W、Nb、Mo、Co等固溶强化元素提高焊接强度，同时形成金属间化合物强化相和碳化物强化相，以提高焊接接头强度，同时采用Co，提高了钎焊接头的高温强度。
本发明的高温合金薄壁结构的钎焊料，适当减少降低熔化温度元素B的含量，在保证钎焊料活性的情况下，调整焊料熔化温度，减小焊料对薄壁结构可能产生溶蚀；
本发明的高温合金薄壁结构的钎焊料，钎焊的MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构的1150℃高温拉脱、剪切性能测试均失效于蜂窝芯体部位，钎焊接头体现了良好的高温性能。
本发明的高温合金薄壁结构的钎焊料，对镍基焊料的成分进行优化，使钎焊料的熔点提高到1220℃，且该钎焊料对MGH956、Haynes214两种新型高温合金均有良好的润湿性，可以在1000℃-1200℃高温条件下使用，也可推广应用于其他新型耐高温材料薄壁结构的钎焊。
附图说明
图1为实施例1的MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构钎焊接头的金相图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种高温合金薄壁结构的钎焊料，以该高温合金薄壁结构的钎焊料的总质量为100％计，该高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成包括：10％-11％的W，9％-10％的Nb，9％-10％的Co，6.0％-7.0％的Cr，4.0％-5.0％的Al，1.0％-2.0％的Mo，0.3％-0.9％的Ti，0.25％-0.35％的B，0.1％-0.15％的C和余量的Ni，该高温合金薄壁结构的钎焊料的各原料组分的质量百分比之和为100％。
本实施例还提供了上述高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将上述高温合金薄壁结构的钎焊料按比例混合，采用真空感应冶炼方法冶炼铸造成铸锭；
采用真空快淬技术将铸锭制成非晶态带状钎料，得到高温合金薄壁结构的钎焊料。
上述高温合金薄壁结构的钎焊料用于钎焊MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构时，具体包括以下步骤：
制备Haynes214蜂窝芯体，蜂窝芯体壁厚为0.1mm，芯格尺寸为8.0mm，芯格高度为15mm；
将MGH956板材表面打磨清洗，去除表面氧化膜、油污等杂质，在装配前采用丙酮清理表面；
将制备的高温合金薄壁结构的钎焊料与MGH956板材、Haynes214蜂窝芯体装配，装配过程中应控制蜂窝芯体与板材之间装配间隙小于0.08mm；
进行钎焊试验，钎焊温度为1250℃，保温15min-20min，完成对MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构的钎焊。
按ASTMC297标准将焊后MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构加工成拉脱和剪切试样，进行高温性能测试。
MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构钎焊接头金相图如图1所示，从图1可以发现，蜂窝芯体部位无溶蚀现象，钎焊料与母材扩散良好。
表1为MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构1150℃高温拉脱和剪切强度测试结果，从测试结果和失效模式可以发现：1150℃高温拉脱强度可达2.074MPa，L方向剪切达到1.511MPa，W方向剪切达到0.859MPa，失效均发生于蜂窝芯体部位，由此可以发现本发明的耐高温钎焊料能够满足新型高温合金蜂窝夹层结构钎焊要求，焊后的MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构体现了良好的高温性能。
表1采用本专利钎料，MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构高温性能
本实施例通过对MGH956/Haynes214蜂窝夹层结构钎焊后进行1150℃高温性能测试，结果显示失效均发生在蜂窝芯体部位，钎焊接头体现了良好的高温性能，说明本发明的高温合金薄壁结构的钎焊料是一种适用于高温合金薄壁结构的耐高温的钎焊料，可以在1000℃-1200℃的高温条件下使用。

Claims (10)

1.一种高温合金薄壁结构的钎焊料，其特征在于，以该高温合金薄壁结构的钎焊料的总质量为100％计，该高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成包括：10％-12％的W，9％-11％的Nb，9％-11％的Co，6.0％-8.0％的Cr，4.0％-6.0％的Al，1.0％-2.0％的Mo，0.3％-0.9％的Ti，0.25％-0.35％的B，0.1％-0.15％的C和余量的Ni，该高温合金薄壁结构的钎焊料的各原料组分的质量百分比之和为100％。
2.权利要求1所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
将高温合金薄壁结构的钎焊料的原料组成按比例混合，通过冶炼形成铸锭；
将所述铸锭制成粉末焊料或非晶态带状焊料，得到上述高温合金薄壁结构的钎焊料。
3.根据权利要求2所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，其特征在于，通过真空感应冶炼形成铸锭。
4.根据权利要求2所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，其特征在于，通过雾化制粉方式将所述铸锭制成粉末焊料。
5.根据权利要求2所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的制备方法，其特征在于，通过真空快淬方式将所述铸锭制成非晶态带状焊料。
6.权利要求1所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的应用，其特征在于，该高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊。
7.根据权利要求6所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的应用，其特征在于，该高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，将该高温合金薄壁结构的钎焊料与蜂窝芯体、板材进行装配，装配过程中控制蜂窝芯体与板材之间装配间隙小于0.08mm。
8.根据权利要求7所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的应用，其特征在于，该高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，所述蜂窝芯体的芯格壁厚为0.05mm-0.1mm，芯格高度为10mm-200mm，芯格尺寸为1.6mm-12.8mm。
9.根据权利要求6所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的应用，其特征在于，该高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，钎焊温度为1250℃-1280℃。
10.根据权利要求6所述的高温合金薄壁结构的钎焊料的应用，其特征在于，该高温合金薄壁结构的钎焊料用于高温合金薄壁结构的钎焊时，钎焊保温时间为15min-20min。
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