CN108188520A - 一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法 - Google Patents

一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用Pd‑Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，它选取固定质量比的箔状Pd和粉状Si作为Pd‑Si复合钎料，将DD98M和箔状Pd和粉状Si按照DD98M‑Pd‑Si‑Pd‑DD98M的顺序装配后放入真空钎焊炉中加热钎焊，钎焊结束后降温，在降温阶段钎缝内形成Pd4Si、Ni基固溶体及Al2Pd5等组织，实现DD98M单晶高温合金的连接。本发明的焊接技术得到的接头室温剪切强度为338MPa，700℃高温下热处理240h后剪切强度为328MPa，满足实际使用要求。本发明通过钎焊技术实现了航空发动机涡轮单晶叶片的高质量连接，具有对母材破坏小、接头强度高、可在700℃高温下稳定使用等优点，一定程度上促进了航空发动机制造水平的提升。

Description

一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法
技术领域
本发明属于钎焊连接技术领域，具体涉及一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，该方法可以得到在高温下稳定使用的接头。
背景技术
航空发动机是一种为航空飞行器提供动力的热力机械，具有高度复杂的结构，其制造水平直接影响着航空器的性能和稳定性。为提高进口温度进而提升推重比，其重要部件之一的涡轮叶片的材料目前主要采用镍基单晶高温合金，例如DD98M。由于单晶叶片采用复合冷却的空心结构，内部型腔结构极其复杂，难以采用型芯直接铸造，通常采用两半对开或组合式空心叶片方法来解决脱芯问题，如何实现这两部分空心叶片之间的可靠连接至关重要，目前尚见类似报道。
发明内容
针对现在技术中存在的连接问题，本发明旨在提供一种对母材破坏性小、操作简单、接头强度高、可在高温下稳定使用的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法。
所述的一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于选取固定质量比的箔状Pd和粉状Si作为Pd-Si复合钎料，将DD98M和箔状Pd和粉状Si按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的顺序装配后放入真空钎焊炉中加热钎焊，钎焊结束后降温实现两片DD98M单晶高温合金连接。
2.根据权利要求1所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征包括如下步骤：
1）剪取两片与DD98M待连接面形状一致的Pd箔，并按照质量比用分析天平称取对应质量比的Si粉；
2）按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的装备顺序，先将一片Pd箔用502胶贴在DD98M待连接面上，然后将称好的Si粉用羟乙基纤维素有机胶调成糊状，均匀涂抹在整个贴好的Pd箔面上得到Si粉层Si粉层，等待2-4分钟后在Si粉层上贴上另一片Pd箔，最后将另一个DD98M的待连接面涂上502胶并倒扣上去，装配完成后放入真空钎焊炉内加热，Si粉用羟乙基纤维素有机胶调成糊状至能粘在Pd箔上即可；
3）首先以8~12℃/min的速度均匀升温至300℃并保温25~35min，使502及羟乙基纤维素有机胶充分挥发；
4）再以8~12℃/min的速度均匀升温至900℃并保温8~12min，使整个试样受热均匀；
5）再以8~12℃/min的速度均匀加热至钎焊温度1000~1100℃后保温10~30min，Pd和Si相互作用熔化成液相形成钎缝熔合区，随后DD98M中的Ni、Al、Cr、Co、W等元素逐渐向钎缝熔合区内溶解并相互扩散；
6）以5~8℃/min的速度均匀降温至200~400℃，降温过程中钎缝内形成Pd4Si、Ni基固溶体以及Al2Pd5等组织；
7）将步骤6）的试样随炉冷却至室温，得到钎焊连接的DD98M单晶高温合金。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中Pd箔和Si粉的质量比为16~25:1。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中的Pd箔为箔片，其厚度为0.02~0.1mm、纯度为99.9%。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）使用的Si粉的粒度为400~1000目、纯度为99.99%。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中Pd箔和Si粉的质量比控制在16:1~25:1，以此调控钎料的熔点。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中DD98M单晶高温合金使用前先经以下预处理：将DD98M单晶高温合金浸泡于酒精中超声波清除油污，再依次用400#、600#、1000#、1500#砂纸打磨待连接面，随后抛光至待连接面无明显划痕。
所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于无明显划痕通过光学显微镜下观察。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明充分利用了Pd塑性好，能有效缓解接头内的残余应力的优点，并对Pd和Si的配比进行限定，得到熔点适中的Pd-Si复合钎料，采用Pd-Si复合钎料来钎焊连接DD98M，具有对DD98M母材破坏性小、操作简单、接头强度高和性能稳定等优点；
2）本发明将DD98M单晶高温合金先进行以下预处理，提高其钎焊的稳定性和易操作性；
3）本发明通过采用Pd-Si复合钎料，利用该钎焊技术实现了航空发动机涡轮单晶叶片的高质量连接，获得性能优异且可在高温下稳定使用的接头，该方法操作简单、连接效果好，一定程度上促进了航空发动机制造水平的提升。
附图说明
图1是接头的装配示意图；
图2是钎焊后获得接头内钎缝区的结构示意图。
图中：1-DD98M，2-Pd箔层，3-Si粉层，4-Pd4Si，5-Ni基固溶体，6-Al2Pd5。
具体实施方式
以下结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1-2所示，本发明是一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金，获得可在高温下稳定使用的接头的方法，它利用Pd塑性好、Pd-Si复合钎料熔点适中的特性，创造性的选取固定质量比的箔状Pd和粉状Si作为复合钎料，两个DD98M单晶高温合金、箔状Pd、粉状Si按照DD98M1、Pd箔层2、Si粉层3、Pd箔层2及DD98M1连接顺序装配，装配好后放入真空钎焊炉中加热，钎焊过程中，Pd和Si相互作用熔化成液相，随后DD98M1中的Ni、Al、Cr、Co、W等元素逐渐向钎缝熔合区内溶解并相互扩散；降温阶段钎缝中形成了Pd4Si 4、Ni基固溶体5以及Al2Pd56等组织，实现将两个DD98M单晶高温合金的连接。
实施例1：以采用Pd-Si复合钎料，在钎焊温度1060℃，保温60min条件下连接DD98M单晶与DD98M单晶为例，具体实施过程如下：
1）将DD98M单晶高温合金浸泡于酒精中超声波清除油污后，依次用400#、600#、1000#、1500#砂纸打磨待连接面，随后抛光至待连接面无明显划痕；
2）选取厚度为0.025mm，纯度99.9%的Pd箔和粒度为600目，纯度为99.99%的Si粉作为钎料，剪取两片与待连接面形状一致的Pd箔，并用分析天平称量Si粉，控制钎料内Pd和Si的质量比为20:1；
3）按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的顺序，先将一片Pd箔用502胶平整的贴在DD98M的待连接面上，然后将称好的Si粉用羟乙基纤维素有机胶调成糊状，均匀涂抹在整个贴好的Pd箔面上，等待3分钟后在Si粉上平整的贴上另一片Pd箔，最后将另一个DD98M的待连接面倒扣上去，装配完成后放入真空钎焊炉内加热；
4）首先以10℃/min的速度均匀升温至300℃保温30min，使502等有机胶充分挥发；
5）继续以10℃/min的速度均匀升温至900℃保温10min，使整个试样受热均匀；
6）继续以10℃/min的速度均匀加热至钎焊温度1060℃后保温60min；
7）以6℃/min的速度均匀降温至300℃；
8）将试样随炉冷却至室温。
通过剪切试验，测得钎焊温度1060℃、保温60min下接头的室温平均剪切强度为318MPa。
实施例2：以采用Pd-Si复合钎料，在钎焊温度1060℃，保温30min条件下连接DD98M单晶与DD98M单晶为例，具体实施过程如下：
1）将DD98M单晶高温合金浸泡于酒精中超声波清除油污后，依次用400#、600#、1000#、1500#砂纸打磨待连接面，随后抛光至待连接面无明显划痕；
2）选取厚度为0.025mm，纯度99.9%的Pd箔和粒度为600目，纯度为99.99%的Si粉作为钎料，剪取两片与待连接面形状一致的Pd箔，并用分析天平称量Si粉，控制钎料内Pd和Si的质量比为20:1；
3）按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的顺序，先将一片Pd箔用502胶平整的贴在DD98M的待连接面上，然后将称好的Si粉用羟乙基纤维素有机胶调成糊状，均匀涂抹在整个贴好的Pd箔面上，等待3分钟后在Si粉上平整的贴上另一片Pd箔，最后将另一个DD98M的待连接面倒扣上去，装配完成后放入真空钎焊炉内加热；
4）首先以10℃/min的速度均匀升温至300℃保温30min，使502等有机胶充分挥发；
5）继续以10℃/min的速度均匀升温至900℃保温10min，使整个试样受热均匀；
6）继续以10℃/min的速度均匀加热至钎焊温度1060℃后保温30min；
7）以6℃/min的速度均匀降温至300℃；
8）将试样随炉冷却至室温。
通过剪切试验，测得钎焊温度1060℃、保温30min下得到的接头的室温平均剪切强度为338MPa；将接头在700℃高温下热处理240h后，剪切强度为328MPa，完全满足实际使用要求。
通过应用本发明的技术，可实现DD98M单晶叶片的可靠连接，获得性能优异且可在高温下稳定使用的接头，具有广阔的应用前景，一定程度上促进了航空发动机的发展。

Claims (8)

1.一种采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于选取固定质量比的箔状Pd和粉状Si作为Pd-Si复合钎料，将DD98M和箔状Pd和粉状Si按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的顺序装配后放入真空钎焊炉中加热钎焊，钎焊结束后降温实现两片DD98M单晶高温合金连接。
2.根据权利要求1所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征包括如下步骤：
1）剪取两片与DD98M待连接面形状一致的Pd箔，并按照质量比用分析天平称取对应质量比的Si粉；
2）按照DD98M-Pd-Si-Pd-DD98M的装备顺序，先将一片Pd箔用502胶贴在DD98M待连接面上，然后将称好的Si粉用羟乙基纤维素有机胶调成糊状，均匀涂抹在整个贴好的Pd箔面上得到Si粉层Si粉层，等待2-4分钟后在Si粉层上贴上另一片Pd箔，最后将另一个DD98M的待连接面涂上502胶并倒扣上去，装配完成后放入真空钎焊炉内加热；
3）首先以8~12℃/min的速度均匀升温至300℃并保温25~35min，使502及羟乙基纤维素有机胶充分挥发；
4）再以8~12℃/min的速度均匀升温至900℃并保温8~12min，使整个试样受热均匀；
5）再以8~12℃/min的速度均匀加热至钎焊温度1000~1100℃后保温10~30min，Pd和Si相互作用熔化成液相形成钎缝熔合区，随后DD98M中的Ni、Al、Cr、Co、W等元素逐渐向钎缝熔合区内溶解并相互扩散；
6）以5~8℃/min的速度均匀降温至200~400℃，降温过程中钎缝内形成Pd4Si、Ni基固溶体以及Al2Pd5等组织；
7）将步骤6）的试样随炉冷却至室温，得到钎焊连接的DD98M单晶高温合金。
3.根据权利要求2所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中Pd箔和Si粉的质量比为16~25:1。
4.根据权利要求2所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中的Pd箔为箔片，其厚度为0.02~0.1mm、纯度为99.9%。
5.根据权利要求2所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）使用的Si粉的粒度为400~1000目、纯度为99.99%。
6.根据权利要求2所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中Pd箔和Si粉的质量比控制在16:1~25:1，以此调控钎料的熔点。
7.根据权利要求2所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于步骤1）中DD98M单晶高温合金使用前先经以下预处理：将DD98M单晶高温合金浸泡于酒精中超声波清除油污，再依次用400#、600#、1000#、1500#砂纸打磨待连接面，随后抛光至待连接面无明显划痕。
8.根据权利要求7所述的采用Pd-Si复合钎料钎焊连接DD98M单晶高温合金的方法，其特征在于无明显划痕通过光学显微镜下观察。
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