CN107309573A - 一种含有硼烯的高强度镍基钎料及其熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有硼烯的高强度镍基钎料，是由镍60~160份，钯16~29份，镀金属硼烯6~15份，铷2.5~9.0份，铜2~16份，碳1~3.5份，铬1.2~4.5份，微量元素0.1~0.3份熔炼而成：首先采用真空冶炼炉将镀金属硼烯与50~65%的镍熔炼，得到镍/硼烯合金材料A1；其次将铬、钯、铜、25~30%的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A2合金；然后将铷、微量元素、碳与剩余的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A3合金；将合金材料A1熔化后依次加入A2合金、A3合金，得到的熔融态镍基合金按常规方法加工后得到丝状或带状镍基钎料。本发明研制开发的含硼烯的镍基钎料，无毒无害、绿色环保，熔化温度适中、润湿性好，强度高。

Description

一种含有硼烯的高强度镍基钎料及其熔炼方法

技术领域

本发明涉及钎焊材料，尤其是涉及一种含有硼烯的高强度镍基钎料，本发明还涉及该镍基钎料的熔炼方法。

背景技术

镍基钎料是以镍为基体主元，并添加能降低其熔点（1452℃）及提高热强度的元素组成。镍基钎料具有优良的耐蚀性、耐热性，钎焊接头可承受的工作温度高达1000℃，常用于不锈钢、镍合金、钴合金等的钎焊。

由于镍钎料不含有Ag、Cd、Zn或其他高蒸气压元素，即镍基钎料的蒸气压很低，故其特别适用于真空系统和真空管的钎焊，在蜂窝结构、薄壁构件、大静力结构、核反应堆等领域广泛应用。

中国专利《耐蚀性优异的镍钎料》（ZL201580000285.1）公开了一种镍钎料，其熔化温度低于1000℃，且对酸具备一定的耐蚀性，但在对高温（高于1000℃）、受高外力（800 MPa以上）、大静力结构件的材料进行钎焊时，该专利公开的镍钎料则具有很大的局限性。而且目前国内外对有关熔化温度高于1000℃、抗拉或抗弯强度高于800MPa的镍基钎料的研究还很少涉及。

“新材料之王”硼烯是目前最薄、强度最高，且导热性最好的一种新型二维材料。将硼烯用于镍基高温钎料领域，则有望克服现有镍基合金钎料强度低、抗高温能力差的不足，进而开发出一种新型的高强度镍基钎料。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术所存在的不足而提供的一种力学性能优异的含有硼烯的高强度镍基钎料，本发明还提供该镍基钎料的熔炼方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的含有硼烯的高强度镍基钎料，是由原料镍、钯、镀金属硼烯、铷、铜、碳、铬和微量元素按下述重量份配比熔炼而成：

镍60~160份，钯16~29份，镀金属硼烯6~15份，铷2.5~9.0份，铜2~16份，碳1~3.5份，铬1.2~4.5份，微量元素0.1~0.3份。

所述镀金属硼烯为镀镍硼烯或镀铜硼烯。

所述镀镍硼烯中硼烯与镍的比例为1：10.5~11.5。

所述微量元素由钇、镁、锗、镨、磷中的任意两种或三种组成，也可采用其他如稀土元素（铈、镧）、镓、铟、锡、钴、锰、硅、硼等。

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料的熔炼方法为：

首先采用真空冶炼炉将镀金属硼烯与50~65%的镍（或镍合金）熔炼，得到镍/石墨烯合金材料A1；其次将铬、钯、铜、25~30%的镍（或镍合金）在真空冶炼炉中熔炼，得到A2合金；然后将铷、微量元素、碳与剩余的镍（或镍合金）在真空冶炼炉中熔炼，得到A3合金；

将合金材料A1熔化后依次加入A2合金、A3合金，得到熔融态的镍基合金，将熔融态的镍基合金按常规方法加工后得到丝状或带状镍基钎料。

实际熔炼时，所述镍或镍合金在合金A1、合金A2和合金A3中所占的比例分别为57%、27%和16%左右，当然也可以在本发明公开的范围内进行合理调整。

将熔融态的镍基合金浇铸或水平连铸、挤压、拉拔，即可得到所需的镍基合金丝材；而将铸锭先挤压为带材，经粗轧、精轧后，即可制备成镍基合金带材（箔带）。

本发明的优点主要体现在以下几个方面：

1、本发明研制开发的含硼烯的镍基钎料，无毒无害、绿色环保，熔化温度适中、润湿性好，强度高。通过优化其化学成分，使熔炼的镍基合金除可制备为丝材外，还可制备成各种厚度和宽度的箔带；

2、本发明借助镀金属硼烯有效控制了硼烯的分布和含量，解决了硼烯在合金材料熔化过程中漂浮不定，无法精确控制硼烯含量和分布不均的问题；

3、本发明将将硼烯引入镍基合金材料中，通过在镍中加入低熔点铷元素（38.89℃），降低了钎料的熔化温度，改善了钎料的流动性和润湿性，同时添加钇、镁、锗、镨、磷等微量元素，协同提高了镍基钎料的强度，细化了钎料组织，保证镍基合金钎料具有优异的力学性能；

4、本发明可用于受载荷大的以及具有高温强度性能的工件的钎焊连接领域，克服了传统硬钎料（镍基、银基、铜基）强度较低的不足。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明。

实施例1

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由60kg的镍，15kg的镀镍硼烯，29kg钯，9kg铷，16kg铜，3.5kg碳，4.5kg铬，0.3kg的镁，0.3kg的镨熔炼而成：

首先采用真空冶炼炉将镀金属硼烯与34kg的镍熔炼，得到镍/硼烯合金材料A1；其次将铬、钯、铜与16kg的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A2合金；然后将铷、微量元素、碳与剩余的10kg镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A3合金；

将合金材料A1熔化后依次加入A2合金、A3合金，得到熔融态的镍基合金，将熔融态的镍基合金浇铸或水平连铸、挤压、拉拔，即可得到所需的镍基钎料丝。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例2

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由160kg的镍，6kg的镀镍硼烯，16kg钯，2.5kg铷，2kg铜，1kg碳，1.2kg铬，0.1kg的镁，0.1kg的钇熔炼而成：

首先采用真空冶炼炉将镀金属硼烯与91kg的镍熔炼，得到镍/硼烯合金材料A1；其次将铬、钯、铜与43kg的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A2合金；然后将铷、微量元素、碳与剩余的26kg镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A3合金；

将合金材料A1熔化后依次加入A2合金、A3合金，得到熔融态的镍基合金，将熔融态的镍基合金浇铸成铸锭，将铸锭先挤压为带材，经粗轧、精轧后，即可制备成镍基钎料带材（箔带）。本发明制备的镍基钎料带具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例3

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由110kg的镍，10.5kg的镀镍硼烯，22.5kg钯，5.75kg铷，9kg铜，2.2kg碳，2.8kg铬，0.2kg的镁，0.2kg的镨按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例4

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由72kg的镍，14.5kg的镀镍硼烯，28kg钯，8.4kg铷，13.5kg铜，3kg碳，4kg铬，0.20kg的镁，0.15kg的钇，0.15kg的磷按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例5

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由81kg的镍，13.6kg的镀镍硼烯，27kg钯，7.5kg铷，12.5kg铜，2.8kg碳，3.5kg铬，0.2kg的锗，0.16kg的磷，0.1kg的镁按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例6

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由90kg的镍，12.5kg的镀镍硼烯，26kg钯，6.3kg铷，11kg铜，2.5kg碳，3.2kg铬，0.18kg的锗，0.18kg的镨，0.05kg的镁按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例7

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由100kg的镍，11.8kg的镀铜硼烯，25kg钯，5.5kg铷，10kg铜，2.3kg碳，3kg铬，0.16kg的锗，0.2kg的钇按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例8

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由120kg的镍，10.6kg的镀铜硼烯，21.5kg钯，5kg铷，9.5kg铜，2kg碳，2.5kg铬，0.15kg的钇，0.22kg的磷按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例9

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由130kg的镍，9.5kg的镀铜硼烯，20kg钯，4.5kg铷，8kg铜，1.8kg碳，2.3kg铬，0.13kg的钇，0.13kg的镨，0.12kg的锗按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例10

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由140kg的镍，8.5kg的镀铜硼烯，18.5kg钯，3.5kg铷，7kg铜，1.5kg碳，2.0kg铬，0.12kg的镨，0.12kg的磷，0.15kg的钇按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例11

本发明含有硼烯的高强度镍基钎料，是由150kg的镍，7.5kg的镀铜硼烯，17.2kg钯，2.5kg铷，5kg铜，1.2kg碳，1.5kg铬，0.10kg的锗，0.15kg的钇，0.13kg的磷按实施例1的方法熔炼而成。本发明制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，优异的力学性能，具体技术指标如下表1所示。

实施例12（对比例）

一种含有硼烯的高强度镍基钎料，是由150kg的镍，18kg的镀铜硼烯，18kg钯，3kg铷，7kg铜，1.3kg碳，1.6kg铬，0.12kg的锗，0.15kg的钇，0.10kg的镨按实施例1的方法熔炼而成。制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，但力学性能较差（低于800MPa，无法用于受载荷大的钎焊工件），具体技术指标如下表1所示。

实施例13（对比例）

一种含有硼烯的高强度镍基钎料，是由120kg的镍，5kg的镀镍硼烯，20kg钯，5kg铷，10kg铜，3kg碳，2kg铬，0.2kg的锗，0.3kg的钇，0.10kg的镁按实施例1的方法熔炼而成。制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，但力学性能较差（低于800MPa，无法用于受载荷大的钎焊工件），具体技术指标如下表1所示。

实施例14（对比例）

一种含有硼烯的高强度镍基钎料，是由110kg的镍，20kg的镀铜硼烯，22.5kg钯，5.75kg铷，9kg铜，2.2kg碳，2.8kg铬，0.2kg的镁，0.2kg的镨按实施例1的方法熔炼而成。制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，但力学性能较差（低于800MPa，无法用于受载荷大的钎焊工件），具体技术指标如下表1所示。

实施例15（对比例）

一种含有硼烯的高强度镍基钎料，是由60kg的镍，4kg的镀镍硼烯，29kg钯，9kg铷，16kg铜，3.5kg碳，4.5kg铬，0.3kg的镁，0.3kg的镨按实施例1的方法熔炼而成。制备的镍基钎料丝具有适中的熔化温度，但力学性能较差（低于800MPa，无法用于受载荷大的钎焊工件），具体技术指标如下表1所示。

表1

从上述实施例（包括对比例）中可以看出：将硼烯引入镍基钎料领域，可使镍基钎料的强度得以大幅度提升；同时，在添加硼烯的同时，加入一定量的铷，铜，碳.，铬和微量元素，可使镍基钎料具有更高的强度。进一步研究发现，当将硼烯添加量控制为6~15份而将铷，铜，碳，铬和微量元素的重量份控制在本发明范围内时，镍基钎料的力学性能最佳，低于6份或高于15份时均会对镍基钎料的力学性能产生不利影响。

本发明通过大量的“筛选”和“优化”试验，最后确定的具有优异力学性能的 Ni—镀金属硼烯—Rb—CuPdCrC—微量元素（钇、镁、锗、镨、磷中的两种或三种）镍基钎料具有良好的力学性能，其中的铬、铜、钯与镍几乎无限固溶，均起到固溶强化作用，与硼烯协同提高镍基合金的力学性能；同时Cr、Cu、Pd、C均可降低镍基合金的熔点，改善钎料流动性和润湿性。另外，碳在一定程度上也增加了镍基合金的强度。

Claims (6)

1.一种含有硼烯的高强度镍基钎料，其特征在于：是由原料镍、钯、镀金属硼烯、铷、铜、碳、铬和微量元素按下述重量份配比熔炼而成：

镍60~160份，钯16~29份，镀金属硼烯6~15份，铷2.5~9.0份，铜2~16份，碳1~3.5份，铬1.2~4.5份，微量元素0.1~0.3份。

2.根据权利要求1所述的含有硼烯的高强度镍基钎料，其特征在于：所述镀金属硼烯为镀镍硼烯或镀铜硼烯。

3.根据权利要求1所述的含有硼烯的高强度镍基钎料，其特征在于：所述镀镍硼烯中硼烯与镍的比例为1：10.5~11.5。

4.根据权利要求1所述的含有硼烯的高强度镍基钎料，其特征在于：所述微量元素由钇、镁、锗、镨、磷中的任意两种或三种组成。

5.权利要求1所述的含有硼烯的高强度镍基钎料的熔炼方法为：

首先采用真空冶炼炉将镀金属硼烯与50~65%的镍，得到镍/硼烯合金材料A1；其次将铬、钯、铜、25~30%的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A2合金；然后将铷、微量元素、碳与剩余的镍在真空冶炼炉中熔炼，得到A3合金；

将合金材料A1熔化后依次加入A2合金、A3合金，得到熔融态的镍基合金，将熔融态的镍基合金按常规方法加工后得到丝状或带状镍基钎料。

6.根据权利要求5所述的含有硼烯的高强度镍基钎料的熔炼方法，其特征在于：所述镍在合金A1、合金A2和合金A3中所占的比例分别为57%、27%和16%。