CN111872594A

CN111872594A - 一种钛基钎料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111872594A
Application number: CN202010710480.6A
Authority: CN
Inventors: 龙伟民; 刘全明; 钟素娟; 马佳; 潘建军; 纠永涛; 于新泉; 于奇
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2020-11-03

Abstract

本发明涉及钛基钎料技术领域，具体而言，涉及一种钛基钎料及其制备方法和应用。一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、Ti 32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；所述功能金属包括Sn或V。通过在Zr、Cu、Ni、Ti中加入Sn或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。本发明所述的钛基钎料的制备方法采用特定的真空熔炼，得到合金铸锭，再采用等离子旋转电极雾化制粉法，工艺简单，生产成本低，适合大规模生产，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。

Description

一种钛基钎料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及钛基钎料技术领域，具体而言，涉及一种钛基钎料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随钛合金在航空、航天、造船、武器或其他民用领域的广泛应用，钎焊作为一项精密焊接技术在涉及钛合金复杂件和精密件、陶瓷/石墨与钛合金功能件、钛与钢异种金属结构件、TiAl基合金/钛基复合材料等连接领域优势突出，甚至为某些新材料仅有可行的连接技术。现代钎焊技术发展要求接头和基体性能水平相一致，而钛基钎料凭借焊接强度高和耐蚀、耐热性好等突出优势成为涉及钛基材料钎焊的首选钎料。

目前国内外钛基钎料成分涉及Ti-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu，Ti-Zr-Ni，Ti-Zr-Be， Ti-Zr-Cu-Ni，Ti-Cu-Ni-Be，Ti-Zr-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu-Ni-Co，Ti-Zr-Cu-Ni-Fe 等多元合金体系。钛基钎料多以粉末(膏状)、叠层和非晶箔带三种形态使用，其中粉末便于自动点胶和丝网印刷，仍为各行业应用主流形态；在无成熟真空或惰性气体保护设备下，发展了叠层状钎料；伴随急冷快淬技术发展，非晶箔带制备取得成功，但当前仍受材料成分和尺寸限制。目前市场上商用钛基钎料无法满足钛基材料高质量真空钎焊要求，通常接头呈现焊缝泄露、晶间熔蚀、钎料团聚等缺陷。究其原因：1)钎料对气体、夹杂物含量要求不明确，致钎焊质量不稳定；2)钎焊过程中Cu、Ni元素加速扩散与基体反应，基体发生晶间熔蚀并形成脆性扩散层，致接头安全隐患大；3)钎料润湿性、钎着率不理想，焊缝周边形成残留物，超标多余物致构件功能失效。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种钛基钎料，通过在Zr、Cu、Ni、Ti 中加入Sn或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。

本发明的另一个目的在于提供如上所述的钛基钎料的制备方法，生产成本低、制备方法简单，并且适合大规模生产，满足不同材料和构件的钎焊要求，可扩大钎料在高温合金领域用途，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的钛基钎料在钛合金、难熔金属及其合金、高温合金、不锈钢及陶瓷材料的钎焊及扩散焊接中的应用，可进一步提高焊接质量。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、Ti 32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；

所述功能金属包括Sn或V。

优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、V 0.01％～1.5％和Ti36.05～44.99％。

优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37％～37.5％、Cu 14.25％～14.5％、Ni 9.25％～9.5％、Sn 3％～5％和Ti34.25％～35.75％。

优选地，所述钛基钎料的粒度为d50≤100μm，球形度≥90％，氧增量≤200ppm。

所述的钛基钎料的制备方法，包括以下步骤：

将按照所述钛基钎料的配比的原料进行真空熔炼，制备得到合金铸锭，再采用等离子旋转电极雾化制粉法，制备得到钛基钎料；

所述钛基钎料的原料包括海绵钛、海绵锆、电解铜、电解镍和所述功能金属。

优选地，所述真空熔炼在中频真空感应加热炉中进行；

优选地，所述中频真空感应加热炉的功率为5～15KW；

优选地，所述钛基钎料的原料升温至液相线以上40～70℃，保温 5～20s，再冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，至原料熔化液面不沸腾后10～15min，倒入石墨模具，2～3h后出炉；

优选地，将出炉后的铸锭重新冶炼至少2次以上，再进行浇注制备合金铸锭。

优选地，所述钛基钎料的原料于氧化钙坩埚中进行真空熔炼；

优选地，所述氧化钙坩埚的内表面设置有氧化钇涂层；

优选地，所述氧化钇涂层主要由氧化钇粉、钇溶胶和水制备得到；

优选地，所述氧化钇粉、钇溶胶和水的质量比为1:(1.2～1.4)： (0.5～0.7)；

优选地，在所述真空熔炼之前对所述钛基钎料的原料进行预处理；

优选地，所述预处理包括：将所述原料于丙酮溶液中进行超声波清洗。

优选地，所述真空熔炼之前还包括对中频真空感应加热炉进行洗炉；

优选地，所述洗炉包括：对所述中频真空感应加热炉抽真空至 10～50Pa，再充入氩气至0.04～0.05MPa进行洗炉；

优选地，所述抽真空和所述充入氩气进行洗炉的次数为至少2次；

优选地，所述洗炉之后，对中频真空感应加热炉抽真空至0.1Pa以下，充入氩气至0.08MPa，再进入熔炼过程。

优选地，所述等离子旋转电极雾化制粉法包括：将所述合金铸锭制备成电极棒，再进行熔炼制粉；

优选地，所述电极棒参数包括：尺寸为Φ65×300mm，圆跳动≤ 0.05mm，直线度≤0.08mm，粗糙度≤0.80μm；

优选地，所述熔炼制粉包括充入惰性气体；

优选地，所述惰性气体包括Ar和/或He；

优选地，所述Ar和所述的He的体积比为(2～3)：(7～8)；

优选地，工作压力为0.10～0.15MPa；

优选地，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V；

优选地，合金电极棒转速为10000～20000r/min。

所述的钛基钎料在钎焊及扩散焊接中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的钛基钎料，通过在Zr、Cu、Ni、Ti中加入适量的Sn 或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。

(2)本发明的钛基钎料的制备方法，生产成本低、制备方法简单，并且适合大规模生产，满足不同材料和构件的钎焊要求，可扩大钎料在高温合金领域用途，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。

(3)本发明所述的钛基钎料特别适用于钛合金、难熔金属及其合金、高温合金、不锈钢及陶瓷材料的钎焊及扩散焊接中，可进一步提高焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例4中钛基钎料的钎焊界面行为情况；

图2为本发明实施例8中钛基钎料在950℃时的钎焊界面行为情况；

图3为本发明实施例8中钛基钎料在930℃时的钎焊界面行为情况；

图4为对比例1中钛基钎料的钎焊界面行为情况；

图5为对比例2中钛基钎料的钎焊界面行为情况；

图6为对比例1和对比例2的钛基钎料铸锭的组织特征图；

图7为本发明实施例1～8的钛基钎料铸锭的组织特征图；

图8为Cu-Sn系二元相图；

图9为Ni-Sn系二元相图；

图10为本发明TA1钛合金钎焊接头室温拉伸真应力-应变曲线。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明涉及一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

所述功能金属包括Sn或V。

在一种实施方式中，以质量百分比计，所述Zr为35％～37.5％，还可以选择35.1％、35.2％、35.3％、35.4％、35.5％、35.6％、35.7％、35.7％、 35.8％、35.9％、36％、36.1％、36.2％、36.3％、36.4％、36.5％、36.6％、 36.7％、36.7％、36.8％、36.9％、37％、37.2％或37.4％。

在一种实施方式中，以质量百分比计，所述Cu为12.5％～15％，还可以选择12.6％、12.7％、13％、13.3％、13.5％、13.7％、13.9％、14％、14.1％、 14.3％、14.5％、14.7％、14.9％或15％。

在一种实施方式中，以质量百分比计，所述Ni为7.5％～10％，还可以选择7.7％、7.9％、8％、8.2％、8.5％、8.7％、8.9％、9％、9.2％、9.5％、 9.7％或9.9％。

在一种实施方式中，以质量百分比计，所述功能金属为0.01％～1.5％，还可以选择0.02％、0.05％、0.07％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、 0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％或1.4％。

在一种实施方式中，以质量百分比计，所述Ti为36.05％～44.99％，还可以选择36.5％、36.7％、36.9％、37％、37.1％、37.2％、37.5％、38％、 38.5％、39％、39.5％、40％、40.5％、41％、41.5％、42％、43％或44％。

本发明中Sn元素对钛基粉末钎料的主要作用为降低熔化温度、提升焊缝韧塑性。

本发明中V元素的主要作用为提升钎焊接头强度，焊后接头组织晶间渗入距离减弱。

优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：

本发明通过进一步优化Zr、Cu、Ni、V和Ti各组分的配比，可更好提高钎焊接头强度，焊后接头组织晶间渗入距离减弱。

优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：

本发明通过进一步优化Zr、Cu、Ni、Sn和Ti各组分的配比，通过各组分的协调配合作用，可更好地获得低熔蚀、高强韧钎料组分。钎料熔化温度降低，钎焊接头韧塑性提升，焊后接头组织晶间渗入距离减弱，塑性增加。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种所述的钛基钎料的制备方法，包括以下步骤：

本发明的制备方法简单，生产成本低，可获得性能良好的新型低熔蚀、高强韧高温钎焊用钛基钎料。适合大规模生产，满足不同材料和构件的钎焊要求，可扩大钎料在高温合金领域用途，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。

等离子旋转电极雾化制粉法是快速凝固技术的一种，具体为：将金属或合金制成自耗电极，电极端面受电弧加热而熔化为液体，通过电极高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末。

本发明的离子旋转电极雾化制粉法为超高速离子旋转电极雾化制粉法。

优选地，所述真空熔炼在中频真空感应加热炉中进行；

优选地，所述中频真空感应加热炉的功率为5～15KW；

优选地，所述钛基钎料的原料升温至液相线以上40～70℃，保温 5～20s，再冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，至原料熔化液面不沸腾后10～15min，倒入石墨模具，2～3h后出炉。

本发明采用升温-保温-冷却-保温“双保温”热处理方式调控合金凝固路径，优化真空熔铸工艺参数，制备少偏析、晶粒均匀细小的钎料合金铸锭。

本发明所述液相线为845.65℃，即Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni的液相线。

在一种实施方式中，升温至液相线以上40～70℃，还可以选择45℃、 50℃、55℃、60℃或65℃。

在一种实施方式中，升温至液相线以上40～70℃，保温5～20s，还可以选择6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s、15s、16s、17s、18s 或19s。

在一种实施方式中，冷却至液相线以下30～50℃，还可以选择31℃、 32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、 43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃或49℃。

在一种实施方式中，冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，还可以选择3.1min、3.2min、3.3min、3.4min、3.5min、3.7min、3.8min、4min、 4.2min、4.5min、4.7min或4.9min。

优选地，所述钛基钎料的原料于氧化钙坩埚中进行真空熔炼。

优选地，所述氧化钙坩埚的内表面设置有氧化钇涂层。

优选地，所述氧化钇涂层主要由氧化钇粉、钇溶胶和水制备得到。

优选地，所述氧化钇粉、钇溶胶和水的质量比为1:(1.2～1.4)： (0.5～0.7)。

优选地，所述水包括去离子水。

本发明的在氧化钙坩埚上设置特定的氧化钇保护涂层，具有优异的抗氧化、耐腐蚀、耐热和高强度的性能。更有利于钛基钎料的真空熔炼制备。

本发明将原料在丙酮溶液中进行超声波清洗，进而更好的清洁所述材料的表面。所述丙酮溶液由丙酮(含量wt.％≥99.5)和水制备得到，所述丙酮和水的质量比为1:(2.8～3.2)，优选为1:3；所述水优选为去离子水。

在一种实施方式中，先用超声波清洗15～30min，用流动去离子水冲洗，再用酒精冲洗，吹风机吹干，保鲜膜密封待用；原料预处理到熔炼过程不超过3h，超过后原料重新处理。

本发明通过特定的洗炉更有利于后期的真空熔炼，以获得性能优异的钛基钎料。

本发明将熔炼获得的尺寸约为Φ67×340mm的圆铸锭去除冒口，表面进行机加工，鉴于料偏硬脆，机加工每次进刀距离控制在0.8～1.2mm，加工好的铸锭经砂带磨床细磨，最终电极棒参数为：尺寸Φ65×300mm，圆跳动≤0.05mm，直线度(垂直度)≤0.08mm，粗糙度≤0.80μm，对超高速等离子旋转电极用钛基电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入库备用。

优选地，所述熔炼制粉包括充入惰性气体；

优选地，所述惰性气体包括Ar和/或He；

优选地，所述Ar和所述的He的体积比为(2～3)：(7～8)；

优选地，工作压力为0.10～0.15MPa；

优选地，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V；

优选地，合金电极棒转速为10000～20000r/min。

熔炼制粉的过程包括：将得到的合金电极棒放置在棒料旋转和轴向移动机械装置室内，再对雾化室、机械装置室等进行预抽真空处理；再充入惰性保护气体；启动雾化功能并点燃等离子发生器，使其熔化后依靠旋转的离心作用制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝。本申请通过控制工作压力为0.10～0.15MPa，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V，合金电极棒转速为10000～20000r/min，进一步制备得到超纯净钛基钎料粉末。

需要说明的是，考虑到钛基钎料的硬脆特性，如果转速不适宜很容易导致电极棒折断，在一种优选的实施方式中，先以低转速10000～15000 r/min开机运行，待制备系统稳定后，通过增大转速至15000～20000r/min 来获得球形度更高、粉末粒度更细的(调节粉末特性)的钛基钎料。

本发明钛基粉末钎料制备工艺：中频真空感应加热炉熔炼→元素合金化+合金凝固路径调控+真空熔铸工艺优化→PREP制粉工艺。基于添加 Sn、V元素，加剧元素合金化，采用升温-保温-冷却-保温“双保温”热处理制度调控合金凝固路径，优化真空熔铸工艺参数，制备少偏析、晶粒均匀细小的钎料合金铸锭。同时采用PREP工艺保证钎料质量稳定，能大批量生产不同粒径钎料，方法简单、生产成本相对较低。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的钛基钎料在钎焊及扩散焊接中的应用。

本发明的钛基钎料适用于钛合金、难熔金属及其合金、高温合金、不锈钢及陶瓷材料的钎焊及扩散焊接。

下面将结合具体的实施例和对比例对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.5％、Ni 9.5％、Ti 37.5％和Sn 1％。

所述钛基钎料的制备方法，包括以下步骤：

(a)原材料准备：

1)对海绵钛、海绵锆、电解铜、电解镍、纯锡材料采用丙酮水溶液超声波进行2次清洗；所述丙酮和所述水的质量比1:3，丙酮原料中丙酮的含量wt.％≥99.5；

2)氧化钙坩埚的预处理：在氧化钙坩埚内表面均匀涂敷由氧化钇粉、钇溶胶、去离子水配制的涂层材料，所述氧化钇粉、钇溶胶和去离子水质量比为1:1.3:0.6，自然干燥后在熔炼坩埚的内表面得到氧化钇防护涂层；

(b)洗炉：

将清洗好的原材料放进涂覆有氧化钇涂层的氧化钙坩埚内；坩埚放入中频感应加热炉内；对感应加热炉抽真空至20Pa，抽真空结束后，向感应加热炉中充氩气至0.05MPa进行洗炉；重复抽真空和充氩气洗炉过程2 次；洗炉结束后，对感应加热炉抽真空至0.1Pa以下，充入氩气至0.08MPa，进入熔炼过程；

(c)真空熔炼及凝固路径控制：

中频真空感应加热炉功率由小到大(5～15KW)依次对坩埚进行加热，待将原材料升温至液相线温度以上50℃，保温10s，再冷却至液相线以下 40℃，保温4min，随后熔化液面不沸腾12min后，倒入预热石墨模具，等待2.5h左右出炉，倒置铸锭重新冶炼2次，以确保铸锭组织细小均匀，后浇铸成锭，铸锭尺寸约为Φ67×340mm；

(d)超高速等离子旋转电极雾化制粉法工艺；

1)电极棒准备：将熔炼获得的尺寸约为Φ67×340mm的圆铸锭去除冒口，表面进行机加工，鉴于料偏硬脆，机加工每次进刀距离控制在 0.8～1.2mm，加工好的铸锭经砂带磨床细磨，最终电极棒参数为：尺寸Φ65×300mm，圆跳动≤0.05mm，直线度(垂直度)≤0.08mm，粗糙度≤ 0.80μm，对超高速等离子旋转电极用钛基电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入库备用；

2)熔炼制粉：将所述合金电极棒放置于棒料旋转和轴向移动机械装置室内，再对雾化室、机械装置室等进行预抽真空处理，充入惰性保护气体，将合金电极棒转速调整为12000r/min，待制备系统稳定后，增大转速至16000r/min，启动雾化功能并点燃等离子发生器，使合金熔化后在旋转的离心作用下制备金属液滴，再在雾化室内进行离心冷凝，得到超纯净钛基钎料粉末；

所述惰性保护气体为Ar和He，所述Ar和He的体积比为2：8，工作压力为0.10～0.15MPa，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V。

实施例2

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.25％、Ni 9.25％、Ti 37.5％和Sn 1.5％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例3

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 13.5％、Ni 8.5％、Ti 37.5％和Sn 3％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例4

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 12.5％、Ni 7.5％、Ti 37.5％和Sn 5％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例5

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.9％、Ni 9.9％、Ti 37.5％和V 0.2％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例6

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.75％、Ni 9.75％、Ti 37.5％和V 0.5％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例7

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.5％、Ni 9.5％、Ti 37.5％和V1.0％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

实施例8

一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 37.5％、Cu 14.25％、Ni 9.25％、Ti 37.5％和V1.5％。

所述钛基钎料的制备方法同实施例1。

对比例1

一种晶态钛基钎料，型号为Type 1510(Crystalline)，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr 37.5％、Cu 15％、Ni 10％、Ti 37.5％。

所述晶态钛基钎料呈块状或粉末状。

对比例2

一种非晶态钛基钎料，型号为Type 1510(Amorphous)，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr 37.5％、Cu 15％、Ni 10％、Ti 37.5％。

所述非晶态钛基钎料呈箔带状。

试验例

一、本发明实施例及对比例得到的钛基钎料的熔化温度如表1所示。

表1实施例及对比例得到的钛基钎料的熔化温度范围

实施例及对比例	固相线温度T<sub>s</sub>(℃)	液相线温度T<sub>l</sub>(℃)	ΔT(℃)
				实施例1	840.31	851.43	11.12
实施例2	839.75	850.05	10.3
				实施例3	844.21	853.79	9.58
实施例4	842.55	849.65	7.1
				实施例5	834.54	847.70	13.16
实施例6	841.25	854.95	13.7
				实施例7	842.70	857.16	14.46
实施例8	844.93	859.05	14.12
				对比例1	834.60	845.65	11.5
对比例2	835.37	840.35	4.98

由表1可知，随Sn含量增加，钎料固相线温度略有升高，液相线温度基本不变，熔化区间变窄，添加5.0％的Sn时，区间降至最小值7.1℃，熔化区间变窄，各合金相快速熔化，成分偏析减少，脆性金属化合物难形成，增加Sn提升接头强韧性。熔化温度随V含量增加逐步升高。

二、钎料中引入Sn、V元素对Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊界面行为的影响

图1表示实施例4中钛基钎料钎焊的界面行为情况(950℃/15min)；其中，常规扩散区距离为31.2μm，晶间渗入区距离为130μm。

图2表示实施例8中钛基钎料钎焊的界面行为情况(950℃/15min)；其中，常规扩散区距离为26.7μm，晶间渗入区距离为106.9μm。

图3表示实施例8中钛基钎料钎的焊界面行为情况(930℃/15min)；其中，常规扩散区距离为18.9μm，晶间渗入区距离为74.8μm。

图4表示对比例1中钛基钎料钎焊的界面行为情况；其中，常规扩散区距离为59.7μm，晶间渗入区距离为201.5μm。

图5表示对比例2中钛基钎料钎焊的界面行为情况；其中，常规扩散区距离为37.7μm，晶间渗入区距离为134.4μm。

由图1～5可知，Sn、V元素致晶间渗入距离减小，实施例8(1.5％V) 效果比实施例4(5.0％Sn)更佳。实施例5和实施例8的效果均优于同质非晶钎料。随着钎焊温度下降，元素向基体晶间渗入距离减小。

三、由Cu-Sn系和Ni-Sn系二元相图可知，Sn与Cu、Ni合理比重室温时形成低熔点固溶体，减缓Cu、Ni向基体扩散，V有助于控制界面反应，改善界面反应层结构。图8为Cu-Sn系二元相图；图9为Ni-Sn系二元相图。

四、图6的(a1)为对比例1的钛基钎料铸锭的组织特征图，图6的 (a2)为对比例2的钛基钎料铸锭的组织特征图。图7的(b1)～(b8)依次对应本发明实施例1～8的钛基钎料铸锭的组织特征图。本发明钎料合金组织全部以浅色Ti基体相+深色TiZr固溶体混合组织为主。非晶态箔带组织中各元素分布均匀。

五、TA1钛合金钎焊接头室温拉伸真应力-应变曲线：将本申请实施例 1、实施例8、对比例1和对比例2得到的钛基钎料应用于制备TA1钛合金钎焊接头，测试后得到拉伸真应力-应变曲线；

由图10可知，对比例1，对比例2（非晶态箔带钎料）抗拉强度及延伸率明显降低，而实施例4（5.0%Sn）和实施例8（1.5%V）抗拉强度及延伸率增加，添加5.0%Sn抗拉强度相较于对比例1略有增加，但效果并不明显，而延伸率显著增大，为所有对比例和实施例中的最大值；添加1.5%V，抗拉强度相较于对比例1明显增加，为所有对比例和实施例中的最大值，但延伸率显著减低。添加Sn元素在保持钎焊焊缝抗拉强度基本不变前提下，可提升焊缝韧塑性，进而提升钎焊接头可靠性；添加V元素可在牺牲钎焊焊缝韧塑性条件下，显著提升焊缝抗拉强度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：

所述功能金属包括Sn或V。

2.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：

Zr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、V 0.01％～1.5％和Ti 36.05～44.99％。

3.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：

4.根据权利要求1～3任一项所述的钛基钎料，其特征在于，所述钛基钎料的粒度为d50≤100μm，球形度≥90％，氧增量≤200ppm。

5.如权利要求1～4中任一项所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼在中频真空感应加热炉中进行；

优选地，所述中频真空感应加热炉的功率为5～15KW；

优选地，所述钛基钎料的原料升温至液相线以上40～70℃，保温5～20s，再冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，至原料熔化液面不沸腾后10～15min，倒入石墨模具，2～3h后出炉；

7.根据权利要求5所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，所述钛基钎料的原料于氧化钙坩埚中进行真空熔炼；

优选地，所述氧化钙坩埚的内表面设置有氧化钇涂层；

优选地，所述氧化钇粉、钇溶胶和水的质量比为1:(1.2～1.4)：(0.5～0.7)；

8.根据权利要求5所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼之前还包括对中频真空感应加热炉进行洗炉；

优选地，所述洗炉包括：对所述中频真空感应加热炉抽真空至10～50Pa，再充入氩气至0.04～0.05MPa进行洗炉；

9.根据权利要求5所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，所述等离子旋转电极雾化制粉法包括：将所述合金铸锭制备成电极棒，再进行熔炼制粉；

优选地，所述电极棒参数包括：尺寸为Φ65×300mm，圆跳动≤0.05mm，直线度≤0.08mm，粗糙度≤0.80μm；

优选地，所述熔炼制粉包括充入惰性气体；

优选地，所述惰性气体包括Ar和/或He；

优选地，所述Ar和所述He的体积比为(2～3)：(7～8)；

优选地，工作压力为0.10～0.15MPa；

优选地，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V；

优选地，合金电极棒转速为10000～20000r/min。

10.如权利要求1～4中任一项所述的钛基钎料在钎焊及扩散焊接中的应用。