CN111438465A - Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺 - Google Patents

Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN111438465A
CN111438465A CN202010391938.6A CN202010391938A CN111438465A CN 111438465 A CN111438465 A CN 111438465A CN 202010391938 A CN202010391938 A CN 202010391938A CN 111438465 A CN111438465 A CN 111438465A
Authority
CN
China
Prior art keywords
brazing
high temperature
temperature structural
braze
ultra
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010391938.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111438465B (zh
Inventor
任新宇
熊华平
任海水
静永娟
毛唯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Original Assignee
AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials filed Critical AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority to CN202010391938.6A priority Critical patent/CN111438465B/zh
Publication of CN111438465A publication Critical patent/CN111438465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111438465B publication Critical patent/CN111438465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/325—Ti as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/008—Soldering within a furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • B23K1/206—Cleaning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种Nb‑Si基超高温结构材料的Ti‑Ni‑Nb钎焊料及钎焊连接工艺。目前缺少用于Nb‑Si基超高温结构材料连接的专用钎焊料，能够减少接头中脆性相的含量，得到具有较高强度的钎焊连接接头。本发明的Nb‑Si基超高温结构材料的Ti‑Ni‑Nb钎焊料，化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～24.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。该钎焊料的铺展性能好，能在Nb‑Si基表面良好润湿及铺展，且具有较好的塑性，能够加工成不同的钎焊料形式，有利于焊前钎焊料的添加与装配。

Description

Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺。
背景技术
先进航空发动机的涡轮前温度更高，这就要求叶片材料具有更高的承温能力。目前，即使是最先进的叶片材料——第五代镍基单晶高温合金的承温能力仍不超过1150℃，且已达到其熔点的80％以上，接近其极限使用温度，难以满足未来高性能发动机的使用要求。
Nb-Si基超高温结构材料主要由Nb的固溶体(NbSS)和金属间化合物Nb5Si3两相组成，其中NbSS具有良好的室温韧性，金属间化合物相Nb5Si3展现出优异的高温强度，其单胞点阵常数较大、不易发生位错蠕变，具有良好的抗蠕变性能，并在1600～1800℃下热力学稳定。具有韧/脆两相组织的Nb-Si基超高温结构材料由NbSS提供材料的室温塑韧性，Nb5Si3提供高温强度，在保证优异高温强度的同时，具有一定的室温塑性，有望成为下一代先进航空发动机叶片材料。一般认为，其服役温度可以高达1200～1400℃。
Nb-Si基超高温结构材料具有高熔点、高刚度、低密度以及优异的高温强度，有很大潜力替代现有Ni基高温合金并应用于航空航天领域。为实现其工程应用，焊接/连接是不可缺少的关键制造技术之一。目前关于这种材料连接的相关文献报道极少。采用传统Ni基钎焊料BNi-2(Ni-7Cr-5Si-3B-3Fe，质量百分数)、BNi-5(Ni-19Cr-10Si,质量百分数)等能实现Nb-Si基超高温结构的连接，但钎焊料中过高的Ni含量使得接头中生成大量Ni-Nb、Ni-B脆性金属间化合物相，导致接头中产生微裂纹、未焊合等缺陷，接头强度低。
因此，缺少用于Nb-Si基超高温结构材料连接的专用钎焊料，能够减少接头中脆性相的含量，得到具有较高强度的钎焊连接接头。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术状况而设计提供了一种Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺，实现了Nb-Si基超高温结构材料的有效钎焊连接，获得优异室温及高温强度的钎焊接头。
本发明目的是通过以下技术方案来实现的：
一种Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～24.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
可选地，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22.0～24.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
可选地，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～23.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
可选地，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～24.0，Nb：20.0～21.0，余量为Ti。
可选地，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
可选地，该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22，Nb：20，余量为Ti。
一种Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接工艺，采用了上述的Ti-Ni-Nb钎焊料，并包括以下步骤：
步骤一、对待钎焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料表面进行清洗，并进行装配，二者的配合间隙为0.02～0.09mm；
步骤二、将钎焊料固定于待焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料的配合角处或置于二者之间并确保贴合紧密；
步骤三、在焊缝的顶部和底部均匀涂上氧化铝阻流剂，然后将待焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料以及钎焊料的组合体放在真空加热炉内准备钎焊；
步骤四、调整炉内真空度优于1.2×10-2Pa时，开始升温，升温速度不大于15℃/min，钎焊连接温度为1250～1280℃，保温时间为60～150min，保温结束后随炉冷却。
可选地，钎焊料的形式是块状、带材、丝材或合金粉末。
可选地，采用对接或插接的方法对第一、第二Nb-Si基超高温结构材料进行装配组合。
可选地，钎焊连接温度为1270℃。
本发明技术方案的优点及有益的效果在于：
1、本发明钎焊料的铺展性能好，能在Nb-Si基合金表面良好润湿及铺展，且具有较好的塑性，能够加工成不同的钎焊料形式如块状、带材、丝材或合金粉末，有利于焊前钎焊料的添加与装配；
2、本发明中为降低钎焊料熔点，添加了一定含量的元素Ni，且钎焊料中的Ni元素含量较低，与之前公开报道的Ti31-Ni38-Nb30和Ti38-Ni46-Nb17(重量比)等钎焊料相比，钎焊料中元素Ni的含量显著降低至19.0～24.0，从而大大降低了接头中Ni-Nb、Ni-Ti脆性化合物相的生成倾向及含量，提高接头性能；钎焊料中其余元素Nb、Ti均为Nb-Si合金母材的组成元素，使得本发明钎焊料与被焊Nb-Si母材相容性良好；
3、本发明钎焊料结合相关的二元合金相图理论计算和反复试验优化，获得了具有合理Ti-Ni-Nb组分配比的钎焊料成分，具有合适的熔化温度范围即1140～1165℃，其对应的钎焊连接温度范围可以是1170～1300℃，推荐的钎焊连接温度为1250～1280℃，低于Nb-Si基母材的热处理温度(1450～1500℃)，对母材性能无损伤；而且，在钎焊连接温度为1250～1280℃条件下，以及被焊材料配合间隙为0.02～0.09mm时，焊缝能够实现一次焊成无需补焊，而且可以保证钎焊缝内部无溶蚀、未熔合、微裂纹等缺陷；
4、本发明钎焊料及工艺条件下所得接头的强度高，其对Nb-Si基超高温结构材料的接头物相主要由(Nb,Ti)固溶体相、Nb5Si3相组成，但是钎料中残余NiTi2化合物相含量极低，其体积占比不足1％，未生成Ni-Nb化合物相。而采用Ni基钎料时，其较高的Si、B等元素导致接头中生成大量Nb-Ni、Ni-Si、Ni-B等脆性的金属间化合物相，导致接头强度较低，甚至接头中出现微裂纹。采用本发明钎焊料获得的连接接头室温弯曲强度为326MPa,达到母材强度(542MPa)的60％，与Ni基钎料接头相比高出30～40％。而且连接接头具有稳定的高温性能，具体讲，接头1200℃高温弯曲强度为139MPa,达到母材1200℃高温强度(278MPa)的50％，连接接头的性能超过其它已有的常规钎焊料；
5、本发明钎焊料绿色环保、不含有毒元素，不含Ag、Au、Pd、Pt等贵金属元素。
附图说明
图1为对接接头实施例的焊接结构示意图；
图2为插接接头实施例的焊接结构示意图。
图中：1为第一待钎焊的Nb-Si基超高温结构材料，2为第二待焊的Nb-Si基超高温结构材料，3为钎焊料。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详述：
对于对接的钎焊位置参见图1，对于插接的钎焊位置参见图2，图中，将钎焊料3固定于待焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料1、2的配合角处或置于二者之间并确保贴合紧密。
表1给出了本发明技术方案所述用于Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料的成分及重量百分比组成，其中列举了16种Ti-Ni-Nb钎焊料的实施例。
表1本发明技术方案所述钎焊料的成分及重量百分比
Figure BDA0002486116910000051
Figure BDA0002486116910000061
采用表1所示的实施例1～16的成分钎焊料，分别以块状、带材、丝材或合金粉末使用，在1250～1280℃的钎焊温度和60～150min的保温时间下，对以下11种成分(均为原子比)的Nb-Si基超高温结构材料进行了钎焊连接:
(1)Nb-17Si-23Ti；
(2)Nb-18Si-24Ti-2Cr-2Al-2Hf；
(3)Nb-16Si-22Ti-3Cr-2Al-2Hf；
(4)NB-17Si-20Ti-8Zr-2Al-2Hf；
(5)Nb-18Si-20Ti-12Zr-3Mo-2Al；
(6)Nb-26Si-22Ti-6Cr-3Al-2Hf；
(7)Nb-16Si-22Ti-3Cr-3Al-2Hf；
(8)Nb-12Si-24Ti-4Cr-4Al-2Hf；
(9)Nb-20Si-24Ti-2Cr-2Al；
(10)Nb-16Si-10Ti-10Zr-3Cr-3Al-2Hf；
(11)Nb-16Si-20Ti-4V-3Cr-3Al-2Hf。
各实施例的连接效果验证：Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接接头物相由(Nb,Ti)固溶体相、Nb5Si3相和少量NiTi2化合物相(其体积占比不足1％)组成，未生成Ni-Nb相。连接接头室温弯曲强度为326MPa,达到母材强度(542MPa)的60％，接头1200℃高温弯曲强度为139MPa,达到母材1200℃高温强度(278MPa)的50％。
另需说明的是，凡本发明中所描述的具体实施例，其钎焊料配方、工艺所用名称、被焊材料的名称和具体成分等可以不同。凡基于本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～24.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
2.根据权利要求1所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22.0～24.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
3.根据权利要求1所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～23.0，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
4.根据权利要求1所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：19.0～24.0，Nb：20.0～21.0，余量为Ti。
5.根据权利要求1所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22，Nb：19.0～21.0，余量为Ti。
6.根据权利要求1所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，其特征在于：该钎焊料的化学成分及重量百分比为：Ni：22，Nb：20，余量为Ti。
7.一种Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接工艺，其特征在于：采用了如权利要求1-6中任一项所述的Ti-Ni-Nb钎焊料，并包括以下步骤：
步骤一、对待钎焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料(1、2)表面进行清洗，并进行装配，二者的配合间隙为0.02～0.09mm；
步骤二、将钎焊料(3)固定于待焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料(1、2)的配合角处或置于二者之间并确保贴合紧密；
步骤三、在焊缝的顶部和底部均匀涂上氧化铝阻流剂，然后将待焊的第一、第二Nb-Si基超高温结构材料(1、2)以及钎焊料(3)的组合体放在真空加热炉内准备钎焊；
步骤四、调整炉内真空度优于1.2×10-2Pa时，开始升温，升温速度不大于15℃/min，钎焊连接温度为1250～1280℃，保温时间为60～150min，保温结束后随炉冷却。
8.根据权利要求7所述的Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接工艺，其特征在于：钎焊料(3)的形式是块状、带材、丝材或合金粉末。
9.根据权利要求7所述的Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接工艺，其特征在于：采用对接或插接的方法对第一、第二Nb-Si基超高温结构材料(1、2)进行装配组合。
10.根据权利要求7所述的Nb-Si基超高温结构材料的钎焊连接工艺，其特征在于：钎焊连接温度为1270℃。
CN202010391938.6A 2020-05-11 2020-05-11 Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺 Active CN111438465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010391938.6A CN111438465B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010391938.6A CN111438465B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111438465A true CN111438465A (zh) 2020-07-24
CN111438465B CN111438465B (zh) 2021-12-24

Family

ID=71656554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010391938.6A Active CN111438465B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111438465B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009041065A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Nippon Steel Corp 高温疲労強度および耐クリープ性に優れた耐熱部材用チタン合金
CN101653884A (zh) * 2009-07-15 2010-02-24 哈尔滨工业大学 高温钎料
CN103949802A (zh) * 2014-04-23 2014-07-30 华南理工大学 一种Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo非晶钎料及其制备方法
CN107931763A (zh) * 2016-10-12 2018-04-20 天津大学 一种获得可靠连接并提高Ti‑Al‑Nb合金自身性能的钎焊方法
CN108381057A (zh) * 2018-01-22 2018-08-10 北京科技大学 一种用于钎焊Nb-Ti高温合金的CoTiNb钎料的制备及钎焊方法
CN109465569A (zh) * 2018-12-11 2019-03-15 北京科技大学 一种高温钎焊用钛基钎料及制备方法
CN110605498A (zh) * 2019-05-14 2019-12-24 中国航发北京航空材料研究院 一种TiAl合金用TiNiNbZr高温钎料与制备方法及其钎焊方法
CN110666395A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 中国航发北京航空材料研究院 用于含钛材料钎焊的钎料、制备方法及钎焊方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009041065A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Nippon Steel Corp 高温疲労強度および耐クリープ性に優れた耐熱部材用チタン合金
CN101653884A (zh) * 2009-07-15 2010-02-24 哈尔滨工业大学 高温钎料
CN103949802A (zh) * 2014-04-23 2014-07-30 华南理工大学 一种Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo非晶钎料及其制备方法
CN107931763A (zh) * 2016-10-12 2018-04-20 天津大学 一种获得可靠连接并提高Ti‑Al‑Nb合金自身性能的钎焊方法
CN108381057A (zh) * 2018-01-22 2018-08-10 北京科技大学 一种用于钎焊Nb-Ti高温合金的CoTiNb钎料的制备及钎焊方法
CN109465569A (zh) * 2018-12-11 2019-03-15 北京科技大学 一种高温钎焊用钛基钎料及制备方法
CN110605498A (zh) * 2019-05-14 2019-12-24 中国航发北京航空材料研究院 一种TiAl合金用TiNiNbZr高温钎料与制备方法及其钎焊方法
CN110666395A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 中国航发北京航空材料研究院 用于含钛材料钎焊的钎料、制备方法及钎焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111438465B (zh) 2021-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109877413B (zh) 一种用于SiC陶瓷钎焊的钎焊材料及钎焊方法
CN112008180B (zh) 一种Ni3Al基单晶合金的高性能钎焊方法
CN109420862B (zh) 一种镍基单晶高温合金连接用粉末钎料及其制备方法和应用
CN105499833A (zh) 一种用于钎焊钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊材料及其钎焊方法
CN113909610B (zh) 一种第三代单晶高温合金的高性能钎焊方法
CN101941106B (zh) 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺
CN106112308A (zh) 一种含Cr、B、Co、W、Mo、Re、Ta的镍基钎料及其应用
CN110052681A (zh) 用于燃气涡轮部件修复的ni-ti-cr近三元共晶合金
CN106119603A (zh) 一种耐腐蚀合金材料
CN111438464B (zh) Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb-Zr-Hf钎焊料及钎焊连接工艺
CN113245747A (zh) 一种高熵合金系高温钎料
CN102873422B (zh) 一种铝及铝合金与铜的扩散钎焊工艺
CN105965176B (zh) 用于钎焊钨铜合金与不锈钢的Ni基急冷钎料及钎焊工艺
CN101992331B (zh) 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺
JP2005512813A5 (zh)
CN111438465B (zh) Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb钎焊料及钎焊连接工艺
CN111496417B (zh) Nb-Si基超高温结构材料的Ti-Ni-Nb-Zr钎焊料及钎焊连接工艺
CN105618957A (zh) 用于W-Cu复合材料与不锈钢真空活性钎焊工艺的钎料及方法
CN105618958A (zh) 用于W-Cu复合材料与不锈钢真空活性钎焊工艺的钎料及方法
CN104588809A (zh) 一种钨铜或者钨钢和黄铜高频焊接的方法
CN108907509B (zh) 一种用于核反应堆堆芯结构钎焊的Zr-Ni钎料及其制备方法和应用
KR101367865B1 (ko) 티타늄 합금과 스테인리스강의 브레이징 방법
CN114749743A (zh) 一种采用纯Cu钎焊C/C复合材料与Ni基合金的高温连接方法
CN110369907B (zh) 一种用于高Nb-TiAl合金与氧化铝陶瓷连接的钎料及其连接方法
CN115446495B (zh) 一种高温合金钎焊连接用多元高熵合金钎焊料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant