CN108788655A - 一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法。该方法包括高温合金和铜银合金环形件的制备、包套的制备、装配、热等静压前处理、热等静压过程控制和后期处理等步骤。本发明提出的一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法是采取热等静压扩散连接技术，使铜银合金在高温高压环境下与高温合金环形件发成扩散连接，成形高温合金与铜银合金环形连接件。该方法较好地实现高温合金和铜银合金的连接，避免连接层剥落、掉块、分层及与基体分离，降低了连接层孔隙率，实现良好的冶金结合。

Description

一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法
技术领域
本发明属于镍基高温合金加工制造领域，特别是涉及镍基高温合金环形件与铜银合金扩散连接方面。
背景技术
镍基高温合金具有良好的化学性质、高温抗氧化性、抗腐蚀性和抗疲劳性。近些年，国内大量选用了低膨胀系数的镍基高温合金，用于制作涡轮发动机用环形零部件，如高压压气机后机匣、承力环、隔热环、燃烧室封严环、蜂窝座和涡轮外环等；及火箭发动机推力燃烧室、排气导管和集流箱等。同时，随着航空航天产业的发展，对于镍基高温合金材料结构功能一体化方面，也提出了新的要求。
在镍基高温合金与铜银合金材料连接时，由于材料之间膨胀系数差异，采用传统的焊接、钎焊、直接扩散焊方法，存在连接层剥落、掉块、分层、与基体分离及连接层孔隙率较高等问题。
热等静压扩散连接技术，是在高温、高压的作用下，被连接材料的原子快速移动、相互扩散，最终材料在表面紧密接触，在固态下连接在一起的工艺。相比于传统的焊接、钎焊等技术，该技术具有连接强度高、微观结构完整、扭曲度小、能实现不同材料之间的连接等优点。
发明内容
在此，本文提出一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法，解决上述问题。本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法，包括按顺序进行的下列步骤：
1)环形件制备。根据镍基高温合金与铜银合金环形连接件的结构特征制备出镍基高温合金和铜银合金环形件。为保证连接件尺寸精度，铜银合金环形件以镍基高温合金环形件内径尺寸为基准加工，符合间隙配合。即铜银合金环形件的外径与镍基高温合金环形件内径接触面留出一定间隙。
2)包套制备。根据镍基高温合金连接件形状设计并加工出包套，该包套包括上盖板和U形环槽两部分组成。为保证连接件尺寸精度，U形环槽以镍基高温合金和铜银合金环形件尺寸为基准加工，符合间隙配合。上盖板和U形环槽装配，符合间隙配合。
3)试件与包套装配。将镍基高温合金环形件与铜银合金环形件装配至U形环槽内，再将上盖板装配在U形环槽上，最后将抽真空管装配在上盖板抽气孔内。
4)包套真空处理与密封。装配后，首先采用氩弧焊对上盖板、U形环槽和抽真空管进行焊接，接着通过真空泵组对包套真空处理，再用液压钳夹断抽真空管并完成封焊。
5)热等静压扩散连接。将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使镍基高温合金环形件与铜银合金环形件发生扩散连接，生成连接件的半成品。
6)后期加工。利用机械加工的方法，去除包套及余料，得到镍基高温合金与铜银合金环形连接件。
7)所述步骤1中，镍基高温合金环形件材料可以为GH4169、GH600等，铜银合金材料中铜银合金比例可以变动，均采用机械加工制备。镍基高温合金外径和铜银合金内径边缘进行圆角处理，接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
8)所述步骤2中，包套材料为无氧铜，上盖板和U形环槽采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
9)所述步骤4中，通过真空泵组在常温下将包套内的真空度抽至10-3Pa。再放入120℃加热炉内进行高温抽真空，待真空度稳定到10-3Pa后，保持0.5h，再采用液压钳将抽真空管夹紧截断，并在端面进行封焊。
10)所述步骤5中，热等静压处理时，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力130～150MPa，保温保压3h，采用不放气降温10h，在620℃和400℃下，保温2～2.5小时，再放气泄压。
11)本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法是通过热等静压技术对镍基高温合金环形件表面扩散连接一层铜银合金。这种方法能够较好地实现镍基高温合金和铜银合金的连接，避免连接层剥落、掉块、分层及与基体分离，连接层孔隙率较低。铜银合金层厚度可以变动，增加了其适用范围。并且，除铜银合金材料外，其他含铜合金均可采用给方法与镍基高温合金进行扩散连接。
附图说明
图1为采用本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法时所成形的连接件的结构示意图。
图2为采用本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法时包套的上盖板、U形环槽和抽真空管的结构示意图。
图3为采用本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法时整体装配后的结构示意图。
图4为采用本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法时热等静压成形后的镍基高温合金环形件零件半成品的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实例对本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法进行详细说明。
如图1—图4所示，本发明提供的镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法包括
按顺序进行的下列步骤：
1)根据镍基高温合金与铜银合金环形连接件7的结构特征制备出镍基高温合金环形件5和铜银合金环形件4。镍基高温合金环形件5的材料可以为GH4169、GH600等，铜银合金材料中铜银合金比例可以变动。为保证连接件尺寸精度，铜银合金环形件4以镍基高温合金环形件5内径尺寸为基准加工，符合间隙配合。均采用机械加工制备，镍基高温合金环形件5外径和铜银合金环形件4内径边缘进行圆角处理，接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
2)根据镍基高温合金连接件7形状设计并加工出无氧铜包套，该包套包括上盖板1和U形环槽2。为保证连接件尺寸精度，U形环槽2以镍基高温合金环形件5和铜银合金环形件4尺寸为基准加工，符合间隙配合。上盖板1和U形环槽2装配，符合间隙配合。上盖板1和U形环槽2采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
3)将镍基高温合金环形件5与铜银合金环形件4装配至U形环槽2内，再将上盖板1装配在U形环槽2上，最后将抽真空管3装配在上盖板1抽气孔内。
4)对装配好包套，采用氩弧焊对上盖板1、U形环槽2和抽真空管3进行焊接，再通过真空泵组在常温下将包套内的真空度抽至10-3Pa，再升温至120℃环境中进行高温抽真空，待真空度稳定到10-3Pa后，保持0.5h，再采用液压钳将抽真空管3夹紧截断，并在端面进行封焊。
5)将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使镍基高温合金环形件5与铜银合金环形4件发生扩散连接，生成连接件的半成品6。热等静压过程包括，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力130～150MPa，保温保压3h，采用不放气降温10h，在620℃和400℃下，保温2～2.5小时，再放气泄压。
6)通过机械加工的方法，去除包套和余料，得到镍基高温合金与铜银合金环形连接件7。
7)根据所形成的镍基高温合金与铜银合金环形连接件7形状和特征的不同，相应的上盖板1、U形环槽2、镍基高温合金环形件5和铜银合金环形件4的形状有所不同。热等静压的处理条件将根据镍基高温合金、铜银合金材料及包套材料进行相应的调整。连接材料除铜银合金外，其他含铜合金均可采用该方法与镍基高温合金进行扩散连接。

Claims (5)

1.一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法，其特征在于：所述的一种镍基高温合金环形件扩散连接铜银合金的方法，包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据镍基高温合金与铜银合金环形连接件(7)的结构特征制备出镍基高温合金环形件(5)和铜银合金环形件(4)。
2)根据镍基高温合金连接件(7)形状设计并加工出无氧铜包套，该包套包括上盖板(1)和U形环槽(2)。
3)将镍基高温合金环形件(5)与铜银合金环形件(4)装配至U形环槽(2)内，再将上盖板(1)装配在U形环槽(2)上，最后将抽真空管(3)装配在上盖板(1)抽气孔内。
4)采用氩弧焊对上盖板(1)、U形环槽(2)和抽真空管(3)进行焊接，接着通过真空泵组对包套真空处理，再用液压钳夹断抽真空管(3)并完成封焊。
5)将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使镍基高温合金环形件(5)与铜银合金环形件(4)发生扩散连接，生成连接件的半成品(6)。
6)利用机械加工的方法，去除包套和余料，得到镍基高温合金与铜银合金环形连接件(7)。
2.权利要求1所述的镍基高温合金环形件材料可以为GH4169、GH600等，铜银合金材料中铜银合金比例可以变动。为保证连接件尺寸精度，铜银合金环形件以镍基高温合金环形件内径尺寸为基准加工，符合间隙配合。均采用机械加工制备，镍基高温合金外径和铜银合金内径边缘进行圆角处理，接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
3.权利要求1所述的包套的上盖板和U形环槽设计时，为保证连接件尺寸精度，U形筒以镍基高温合金环形件和铜银合金环形件尺寸为基准加工，符合间隙配合。上盖板和U形环槽装配，符合间隙配合。上盖板和U形环槽采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
4.权利要求1所述的真空处理和封焊，是通过真空泵组在常温下将包套内的真空度抽至10-3Pa。再放入120℃加热炉内进行高温抽真空，待真空度稳定到10-3Pa后，保持0.5h，再采用液压钳将抽真空管夹紧截断，并在端面进行封焊。
5.根据权利要求1所述的热等静压处理时，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力130～150MPa，保温保压3h，采用不放气降温10h，在620℃和400℃下，保温2～2.5小时，再放气泄压。
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