CN114473293A - 一种高温合金焊接用焊料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温合金焊接用焊料及其制备方法和应用，高温合金焊接用焊料，以该高温合金焊接用焊料的总质量为100％计，该高温合金焊接用焊料的原料组成包括：10.5％‑12.5％的Cr、1.5％‑3％的B、1％‑2.5％的Fe、4.5％‑6％的Si和余量的Ni。高温合金焊接用焊料的制备方法，包括以下步骤：根据所述高温合金焊接用焊料的原料组成成分进行称重、配比熔炼成母合金；采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。高温合金焊接用焊料在高温合金钎焊、过渡液相扩散焊中的应用。本发明的高温合金焊接用焊料具有焊接强度高、重熔温度显著提高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种高温合金焊接用焊料及其制备方法和应用。
背景技术
高温合金是高性能航空发动机和燃气轮机高温部件制造的重要材料，高温部件制造中需要采用与基体材料组织性能匹配的耐高温、高强度钎焊/过渡液相(TLP)扩散焊技术。所用焊料有镍基、铜基、钴基等，主要形式有粉末及粉末调成的膏状、箔带(非晶态带料和轧制带料)、丝材等。
现有商用的镍基焊料焊接镍基和钴基高温合金等材料的接头一般为固溶体+化合物+低熔点共晶(硅化物、硼化物)的混合组织，由于低熔点共晶相存在，焊缝重熔温度低；接头中化合物一般为脆性组织，服役过程中容易发生破裂或界面破坏而形成裂纹源，以上两方面因素导致接头强度与母材标准有较大差距，在高温、高压、振动疲劳服役环境中很难满足使用需求。同时，现有镍基、钴基焊料焊接镍基、钴基高温合金时，容易生成大尺寸化合物，影响接头强度，难以满足高温合金构件的高温服役使用要求；而且，接头中存在低熔点共晶相，焊缝重熔温度低。
基于此，如何提供一种适用于镍基、钴基高温合金等材料及其复杂冷却结构的焊接制高温合金焊接用焊料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例第一方面提出了一种高温合金焊接用焊料，包括：10.5％-12.5％的Cr、1.5％-3％的B、1％-2.5％的Fe、4.5％-6％的Si和余量的Ni。具有焊接强度高、重熔温度显著提高的优点。
本发明实施例第二方面提出了一种高温合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，包括：根据高温合金焊接用焊料的原料组成成分进行称重、配比熔炼成母合金；采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。具有制备过程简单、易行的优点。
本发明实施例第三方面提出了一种高温合金焊接用焊料在高温合金钎焊、过渡液相扩散焊中的应用。具有焊接强度高、重熔温度显著提高的优点。
(2)技术方案
本发明的实施例第一方面提出了一种高温合金焊接用焊料，以该高温合金焊接用焊料的总质量为100％计，该高温合金焊接用焊料的原料组成包括：10.5％-12.5％的Cr、1.5％-3％的B、1％-2.5％的Fe、4.5％-6％的Si和余量的Ni。
进一步地，所述高温合金焊接用焊料为粉末状结构，其粒径为：-150目-+600目。
进一步地，所述高温合金焊接用焊料为非晶箔带结构。
本发明的实施例第二方面提出了一种如本发明的实施例第一方面中任一项所述高温合金焊接用焊料的制备方法，包括以下步骤：
根据所述高温合金焊接用焊料的原料组成成分进行称重、配比熔炼成母合金；
采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。
进一步地，所述制备方法还包括如下步骤：获得的高温合金焊接用焊料与粘结剂混合调配成膏状待用。
本发明实施例第三方面提出了一种本发明的实施例第一方面任一项所述高温合金焊接用焊料在高温合金钎焊、过渡液相扩散焊中的应用。
(3)有益效果
本发明实施例的高温合金焊接用焊料在Ni基体元素中，添加Cr、B、Fe、Si等其他强化元素、抗氧化元素，根据Cr、B、Fe、Si等添加元素对Ni基体元素合金的影响及添加元素之间的相互影响，设计出不同强度、塑性和使用温度的镍基高温合金。本发明实施例的高温合金焊接用焊料经高温合金钎焊、过渡液相(TLP)扩散焊过程合金与焊缝中焊料之间的元素扩散，形成Co-Ni-Cr-W等多元素较高含量、多元素高度混合的组织均匀的焊缝，抑制焊缝中心大尺寸化合物的形成，降低焊缝中晶界对力学性能的影响，从而提高焊缝的高温强度。
本发明实施例的高温合金焊接用焊料实施焊接以后具有焊接强度高、重熔温度显著提高的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明一实施例中高温合金焊接用焊料制备方法的流程图。
图2是本发明一实施例中制备样品650℃抗拉强度的实验结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参照附图1-附图2并结合实施例来详细说明本申请。
根据本发明实施例第一方面的一种高温合金焊接用焊料，以该高温合金焊接用焊料的总质量为100％计，该高温合金焊接用焊料的原料组成包括：10.5％-12.5％的Cr、1.5％-3％的B、1％-2.5％的Fe、4.5％-6％的Si和余量的Ni。
在本发明实施例中Cr、B、Fe以及Si的含量均包含一个范围，在实际准备焊料过程中可以根据待焊接物料的理化特性来调节上述的含量范围，达到含量范围的任意组合。
具体地，该高温合金焊接用焊料的原料组成可以包括：10.5％的Cr、1.5％的B、1％的Fe、4.5％的Si和余量的Ni，各原料组分的质量百分比之和为100％。
该高温合金焊接用焊料的原料组成还可以包括：12.5％的Cr、3％的B、2.5％的Fe、6％的Si和余量的Ni，各原料组分的质量百分比之和为100％。
该高温合金焊接用焊料的原料组成还可以包括：11.5％的Cr、2.5％的B、2％的Fe、5％的Si和余量的Ni，各原料组分的质量百分比之和为100％。
该高温合金焊接用焊料的原料组成还可以包括：12％的Cr、2％的B、1.5％的Fe、5.5％的Si和余量的Ni，各原料组分的质量百分比之和为100％。
上述只是本发明实施例的几个具体的情况，如上所述，在实际应用中可以根据需要来定。
综上所述，本发明实施例第一方面的一种高温合金焊接用焊料在Ni基体元素中，添加Cr、B、Fe、Si等其他强化元素、抗氧化元素，根据Cr、B、Fe、Si等添加元素对Ni基体元素合金的影响及添加元素之间的相互影响，设计出不同强度、塑性和使用温度的镍基高温合金。
本发明实施例基于B、Si协同降熔的方式，设计了一种新型的镍基焊料，经高温合金钎焊、过渡液相(TLP)扩散焊过程合金与焊缝中焊料之间的元素扩散，形成Co-Ni-Cr-W等多元素较高含量、多元素高度混合的组织均匀的焊缝，抑制焊缝中心大尺寸化合物的形成，降低焊缝中晶界对力学性能的影响，从而提高焊缝的高温强度。
进一步地，根据本发明实施例第一方面的另一个实施例，所述高温合金焊接用焊料为粉末状结构，其粒径为：-150目-+600目。例如粒径可以为-150目，也可以为-450目，还可以为+600目，当粒径处于粒径为：-150目-+600目范围时，形成的焊料与待焊合金的成分粒径相近，便于熔化后彼此形成稳定的焊缝。
进一步地，根据本发明实施例第一方面的又一个实施例，所述高温合金焊接用焊料为非晶箔带结构。非晶箔带结构一般为带状结构可以直接进行焊接操作。
根据本发明实施例第二方面的一种如本发明实施例第一方面任一项所述高温合金焊接用焊料的制备方法，参阅附图1所示，包括以下步骤：
根据所述高温合金焊接用焊料的原料组成成分进行称重、配比熔炼成母合金；
采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。
本发明实施例基于B、Si协同降熔的方式，设计了一种新型的镍基焊料，经高温合金钎焊、过渡液相(TLP)扩散焊过程合金与焊缝中焊料之间的元素扩散，形成Co-Ni-Cr-W等多元素较高含量、多元素高度混合的组织均匀的焊缝，抑制焊缝中心大尺寸化合物的形成，降低焊缝中晶界对力学性能的影响，从而提高焊缝的高温强度。
根据本发明实施例第二方面的又一个实施例，所述制备方法还包括如下步骤：获得的高温合金焊接用焊料与粘结剂混合调配成膏状待用。
根据本发明实施例第三方面的一种本发明实施例第一方面任一项所述高温合金焊接用焊料在高温合金钎焊、过渡液相扩散焊中的应用。
本发明实施例的高温合金焊接用焊料在Ni基体元素中，添加Cr、B、Fe、Si等其他强化元素、抗氧化元素，根据Cr、B、Fe、Si等添加元素对Ni基体元素合金的影响及添加元素之间的相互影响，设计出不同强度、塑性和使用温度的镍基高温合金，本发明实施例的高温合金焊接用焊料经高温合金钎焊、过渡液相(TLP)扩散焊过程合金与焊缝中焊料之间的元素扩散，形成Co-Ni-Cr-W等多元素较高含量、多元素高度混合的组织均匀的焊缝，抑制焊缝中心大尺寸化合物的形成，降低焊缝中晶界对力学性能的影响，从而提高焊缝的高温强度。
为便于理解本发明实施例的高温合金焊接用焊料及其制备方法和应用，下面以一个具体的实施例来进行说明。
根据本发明实施例设计的高温合金焊接用焊料成分，焊料的成分为11.5％的Cr、2.3％的B、1.8％的Fe、5.2％的Si，余量为Ni，粉末焊料粒度为-150目—+600目，将焊料与粘结剂调配成膏状，将上述成分熔炼成母合金后，再采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。
本发明实施例中采用GH5188焊接试样，GH5188焊接试样的装配间隙为0.03-0.06mm，用0.2mm厚度的高温合金片(熔点高于焊接温度且不与焊接母材发生反应)点焊固定焊接试样；再将膏状焊料涂敷在装配焊接试样的焊缝表面，放入烘干箱中烘干水分。
然后按真空炉操作规程将焊接试样装入真空炉中，焊接工艺为1080℃保温4小时，采用GB/T228.2标准测试焊接试样的高温拉伸性能，测试结果如附图2所示，现有普通镍基焊料焊接GH5188合金焊接试样650℃抗拉强度为446MPa-496MPa之间，重熔温度1000℃左右。本发明实施例新开发的焊料焊接GH5188合金焊接试样650℃抗拉强度提高到610MPa-625MPa之间，同时高温1100℃抗拉强度达到100MPa，说明重熔温度不低于1100℃。即采用本发明实施例设计的焊料焊接GH5188合金焊接试样强度、重熔温度显著提高，具有明显的技术进步。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种高温合金焊接用焊料，其特征在于，以该高温合金焊接用焊料的总质量为100％计，该高温合金焊接用焊料的原料组成包括：10.5％-12.5％的Cr、1.5％-3％的B、1％-2.5％的Fe、4.5％-6％的Si和余量的Ni。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金焊接用焊料，其特征在于，所述高温合金焊接用焊料为粉末状结构，其粒径为：-150目-+600目。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金焊接用焊料，其特征在于，所述高温合金焊接用焊料为非晶箔带结构。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述高温合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述高温合金焊接用焊料的原料组成成分进行称重、配比熔炼成母合金；
采用雾化制粉工艺制备成粉末焊料。
5.根据权利要求4所述的一种高温合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下步骤：获得的高温合金焊接用焊料与粘结剂混合调配成膏状待用。
6.一种如权利要求1-3任一项所述高温合金焊接用焊料在高温合金钎焊、过渡液相扩散焊中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220513 |