CN110125573A - 一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合金钎料，尤指一种主要应用于多种不锈钢、高温合金、异种金属之间焊接的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料及其制备方法；所述的钎料由以下质量百分比为：15%~25%的Co、15%~25%的Fe、15%~25%的Ni、15%~25%的Cr，以及15%~25%的Mn组成；本发明的钎料适用面较广，可用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和镍基高温合金等多种材料的钎焊及其异种金属的钎焊；本发明钎料的耐高温性能优异，在高温下强度下降较小；本发明钎料的塑性良好，便于加工，钎焊接着有很高的韧性；本发明钎料由于具有单一面心立方结构，其耐腐蚀性能优异；本发明钎料的制备工艺简单，具有良好的实用价值。

Description

一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金钎料，尤指一种主要应用于多种不锈钢、高温合金、异种金属之间焊接的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料及其制备方法。

背景技术

高熵合金（High-entropy alloys）简称HEA，是由四种或四种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种。例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的材料，研究发现有些高熵合金的比强度比传统合金好很多，而且抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好。

钎料是指为实现两种材料（或零件）的结合，在其间隙内或间隙旁所加的填充物，更具体的是，钎料是指钎焊时，用来形成焊缝的填充材料。钎焊技术可用来连接不同种类、形状特殊、结构复杂的工件，其接头具有较佳的综合性能，且钎焊生产率高，易于实现自动化生产，大量应用于机械、化工、石油、航空、航天、能源和原子能等工业领域。

由于钎料的性能在很大程度上既影响钎焊的工艺性能又决定了钎焊的接头性能，所以在品种繁多的钎料种类中，它的选择应从接头使用要求，钎料和母材的相互匹配，钎焊加热工艺以及经济成本等角度进行综合考虑来确定，随着科技的发展，各种新材料的不断涌出，单一材质的钎料已经不能满足对各种材料的焊接要求，而作为打破了传统的合金设计理念，极大地丰富了合金体系的高熵合金，凭借其独特的四种效应——“高熵效应、晶格严重畸变效应、迟缓扩散效应和鸡尾酒效应”，可以获得优异的硬度、强度、韧性、高温强度和耐腐蚀性等性能，近年来的研究都是如何利用高熵合金的优势研发出适合各种焊接使用的钎料。

发明内容

针对发展的需求，本发明旨在提供一种合金钎料，尤指一种可用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和镍基高温合金等多种材料的钎焊及其异种金属的钎焊，以钴铁镍铬锰作为主料的高熵合金钎料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，所述的钎料由以下质量百分比为：15%~25%的Co、15%~25%的Fe、15%~25%的Ni、15%~25%的Cr，以及15%~25%的Mn组成。

所述的钎料由质量百分比为：15%的Co、25%的Fe、15%的Ni、25%的Cr，以及20%的Mn组成。

所述的钎料由质量百分比为：25%的Co、15%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及20%的Mn组成。

所述的钎料由质量百分比为：25%的Co、20%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及15%的Mn组成。

所述的钎料由质量百分比为：20%的Co、15%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及25%的Mn组成。

一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料的制备方法如下：

（1）备料：按照规定的质量百分配比准备Co、Fe、Ni、Cr和Mn；

（2）熔炼：将（1）中的配比好的全部原材料放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下逐渐加大电流至80~130A进行熔炼，至少熔炼四次；使得原材料熔炼均匀；

（3）成品：当原材料熔炼均匀后，冷却成型，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

所述的高熵合金钎料的抗剪强度大于185MPa。

所述的高熵合金钎料的晶体结构为单一面心立方结构。

本发明的有益效果是：本发明的钎料适用面较广，可用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和镍基高温合金等多种材料的钎焊及其异种金属的钎焊；本发明钎料的耐高温性能优异，在高温下强度下降较小；本发明钎料的塑性良好，便于加工，钎焊接着有很高的韧性；本发明钎料由于具有单一面心立方结构，其耐腐蚀性能优异；本发明钎料的制备工艺简单，具有良好的实用价值。

附图说明

图1是本发明中高熵合金钎料的XRD衍射图谱。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的具体实施方式：

由于本发明的钎料主要是要用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和镍基高温合金等多种材料的钎焊及其异种金属的钎焊，要求材料的润湿性好，以及抗剪强度越高越好。

实施例一、成分为15Co-25Fe-15Ni-25Cr-20Mn（wt%）的高熵合金钎料。

按照质量配比钴为15%、铁为25%、镍为15%、铬为25%、锰为20%的配比方式准备原材料，将配比好的全部原材料经过清洁和干燥后放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下进行电弧熔炼，将熔炼电流逐渐加大电流至80~130A，至少熔炼四次，熔炼一次是指在电弧的作用下，混合合金熔炼成液态之后再冷凝成固态，即由固态转变成液态是一次熔炼过程，因为加热是靠电弧，所以钎料可以一直在一个带冷却的铜坩埚内，只要电弧一停，钎料就会凝固；多次熔炼使得原材料熔炼均匀，当原材料熔炼均匀后，冷却成型，电弧停止后自然冷却凝固，大概1~2秒内，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料采用XRD衍射仪（D8 ADVANCE, BRUKER Co.,German）测试钎料的物相结构，所得到的衍射曲线如图1所示，从中可以看出钎料为单一面心立方结构。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料使用线切割机切成厚为0.2~0.3mm的箔片，打磨并用超声波清洗后，置于304不锈钢搭接件间隙，装配好后，放入炉中在氩气保护气氛下焊接，得到抗剪强度测试样品，经测试，钴铁镍铬锰的高熵合金钎料在钎焊304不锈钢的接头时，其抗剪强度为190.5MPa。

实施例二、成分为25Co-15Fe-25Ni-15Cr-20Mn（wt%）的高熵合金钎料。

按照质量配比钴为25%、铁为15%、镍为25%、铬为15%、锰为20%的配比方式准备原材料，将配比好的全部原材料经过清洁和干燥后放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下进行电弧熔炼，将熔炼电流逐渐加大电流至80~130A，至少熔炼四次，熔炼一次是指在电弧的作用下，混合合金熔炼成液态之后再冷凝成固态，即由固态转变成液态是一次熔炼过程，因为加热是靠电弧，所以钎料可以一直在一个带冷却的铜坩埚内，只要电弧一停，钎料就会凝固；多次熔炼使得原材料熔炼均匀，当原材料熔炼均匀后，冷却成型，电弧停止后自然冷却凝固，大概1~2秒内，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料采用XRD衍射仪（D8 ADVANCE, BRUKER Co.,German）测试钎料的物相结构，所得到的衍射曲线如图1所示，从中可以看出钎料为单一面心立方结构。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料使用线切割机切成厚为0.2~0.3mm的箔片，打磨并用超声波清洗后，置于304不锈钢搭接件间隙，装配好后，放入炉中在氩气保护气氛下焊接，得到抗剪强度测试样品，经测试，钴铁镍铬锰的高熵合金钎料在钎焊304不锈钢的接头时，其抗剪强度为185.6MPa。

实施例三、成分为25Co-20Fe-25Ni-15Cr-15Mn（wt%）的高熵合金钎料。

按照质量配比钴为25%、铁为20%、镍为25%、铬为15%、锰为15%的配比方式准备原材料，将配比好的全部原材料经过清洁和干燥后放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下进行电弧熔炼，将熔炼电流逐渐加大电流至80~130A，至少熔炼四次，熔炼一次是指在电弧的作用下，混合合金熔炼成液态之后再冷凝成固态，即由固态转变成液态是一次熔炼过程，因为加热是靠电弧，所以钎料可以一直在一个带冷却的铜坩埚内，只要电弧一停，钎料就会凝固；多次熔炼使得原材料熔炼均匀，当原材料熔炼均匀后，冷却成型，电弧停止后自然冷却凝固，大概1~2秒内，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料采用XRD衍射仪（D8 ADVANCE, BRUKER Co.,German）测试钎料的物相结构，所得到的衍射曲线如图1所示，从中可以看出钎料为单一面心立方结构。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料使用线切割机切成厚为0.2~0.3mm的箔片，打磨并用超声波清洗后，置于304不锈钢搭接件间隙，装配好后，放入炉中在氩气保护气氛下焊接，得到抗剪强度测试样品，经测试，钴铁镍铬锰的高熵合金钎料在钎焊304不锈钢的接头时，其抗剪强度为191.3MPa。

实施例四、成分为20Co-15Fe-25Ni-15Cr-25Mn（wt%）的高熵合金钎料。

按照质量配比钴为20%、铁为15%、镍为25%、铬为15%、锰为25%的配比方式准备原材料，将配比好的全部原材料经过清洁和干燥后放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下进行电弧熔炼，将熔炼电流逐渐加大电流至80~130A，至少熔炼四次，熔炼一次是指在电弧的作用下，混合合金熔炼成液态之后再冷凝成固态，即由固态转变成液态是一次熔炼过程，因为加热是靠电弧，所以钎料可以一直在一个带冷却的铜坩埚内，只要电弧一停，钎料就会凝固；多次熔炼使得原材料熔炼均匀，当原材料熔炼均匀后，冷却成型，电弧停止后自然冷却凝固，大概1~2秒内，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料采用XRD衍射仪（D8 ADVANCE, BRUKER Co.,German）测试钎料的物相结构，所得到的衍射曲线如图1所示，从中可以看出钎料为单一面心立方结构。

将得到的钴铁镍铬锰的高熵合金钎料使用线切割机切成厚为0.2~0.3mm的箔片，打磨并用超声波清洗后，置于304不锈钢搭接件间隙，装配好后，放入炉中在氩气保护气氛下焊接，得到抗剪强度测试样品，经测试，钴铁镍铬锰的高熵合金钎料在钎焊304不锈钢的接头时，其抗剪强度为188.4MPa。

本发明借鉴了高熵合金的设计理念，并针对钎料的性能要求和特点，以此设计了钴铁镍铬锰高熵体系钎料，该钎料相较于传统钎料具有高温强度优异和耐腐蚀性能优异的特点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料由以下质量百分比为：15%~25%的Co、15%~25%的Fe、15%~25%的Ni、15%~25%的Cr，以及15%~25%的Mn组成。

2.根据权利要求1所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料由质量百分比为：15%的Co、25%的Fe、15%的Ni、25%的Cr，以及20%的Mn组成。

3.根据权利要求1所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料由质量百分比为：25%的Co、15%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及20%的Mn组成。

4.根据权利要求1所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料由质量百分比为：25%的Co、20%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及15%的Mn组成。

5.根据权利要求1所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料由质量百分比为：20%的Co、15%的Fe、25%的Ni、15%的Cr，以及25%的Mn组成。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的钎料的制备方法如下：

（1）备料：按照规定的质量百分配比准备Co、Fe、Ni、Cr和Mn；

（2）熔炼：将（1）中的配比好的全部原材料放入电弧熔炼炉中，在氩气保护气氛下逐渐加大电流至80~130A进行熔炼，至少熔炼四次；使得原材料熔炼均匀；

（3）成品：当原材料熔炼均匀后，冷却成型，即可得到钴铁镍铬锰的高熵合金钎料。

7.根据权利要求6所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的高熵合金钎料的抗剪强度大于185MPa。

8.根据权利要求6所述的一种钴铁镍铬锰高熵合金钎料，其特征在于：所述的高熵合金钎料的晶体结构为单一面心立方结构。