CN114888422B - 异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,主要针对异种金属焊接接头强韧性差的共性关键问题。采用在两侧母材异质金属之间加入双相高熵合金中间层的方式进行焊接,双相高熵合金中间层是至少由五种百分比在5‑35at.%之间的主要元素组成的;在焊接时,多种元素互溶且倾向于形成简单结构的固溶体,元素应选取在焊接时避免与母材金属反应生成脆性金属间化合物的合金元素。本发明基于多元固溶的思路,利用高熵合金设计准则及高熵合金多相固溶体预测模型,设计并制备出熔点低、固溶性好、力学性能优良的新型双相高熵合金,形成异质金属固溶冶金型界面。这种异质金属组配中间层的设计为提高接头强韧性提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及异质金属扩散焊技术领域,具体而言,尤其涉及一种异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,通过添加双相高熵合金中间层提升异质金属接头强韧性。
背景技术
真空扩散焊技术是一种精密的固相连接方法,它是指在一定的温度、压力、保压时间等条件下,使工件连接表面只产生微观塑性变形,界面处的原子相互扩散而形成接头。扩散焊制造的零件具有成形性好、成形精确、强度高等特点,在减轻航空器结构重量、减少能耗,降低成本等方面优势极大,被誉为现代航空航天工业生产的开创性技术,广泛应用于航空产品的壁板、舱门、叶片、舵和翼等重要结构件,其独特的工艺技术特点和优势,推动了现代航空航天结构设计发展的进步,该技术的发展应用水平是衡量一个国家航空生产能力的标志。扩散焊技术特别适合于性能差别大、互不溶解、相互间易产生脆性相的异质材料连接。然而,对于异质金属组配,由于不同金属间热物理性能差异大且化学相容性差,接头普遍存在焊接应力大、组织不稳定和界面新生相硬脆导致强韧性差的关键难题,成为制约异质金属构件在高可靠性服役要求领域实际应用的瓶颈。
文献“Effect of welding time on the joining phenomena of diffusionwelded joint between aluminum alloy and stainless steel,H.Shi,S.Qiao,R.Qiu,X.Zhang,H.Yu.Materials and Manufacturing Processes,2012,27:1366-1369”报道了一种5A02铝合金和304不锈钢直接扩散焊的方法,该方法所焊接头界面出现铝-铁金属间化合物且最大拉伸剪切强度仅为101MPa。
文献“Interlayer engineering for dissimilar bonding of titanium tostainless steel,M.K.Lee,J.G.Lee,Y.H.Choi,D.W.Kim,C.K.Rhee,Y.B.Lee,S.J.Hong.Materials Letters,2010,64(9):1105-1108”报道了一种添加钒、铬、镍复合中间层的钛/钢扩散焊方法,所得接头界面以稳定固溶体结构为主,无金属间化合物生成。可见,添加复合梯度中间层有望消除异质金属接头中的金属间化合物,但接头强度极限往往受限于软质纯金属材料,且复合中间层实际装配较为困难。
申请号为02133239.8的中国专利“钛铝基合金与钢的一种活性复合梯度阻隔扩散焊接方法”公开了一种钛铝基合金和钢的活性复合梯度阻隔扩散焊方法,该方法通过将一系列微米级钛、镍、铜、铌金属箔加入二者之间,实现了二者的有效连接,但同样存在所用中间层装配复杂、成本高和降低接头耐蚀性及性能过渡连续性的缺点。
基于上述列举的在异质合金组配过程中存在的技术问题,有文献提出通过在异种合金搅拌摩擦焊接时,将搅拌针插入到一侧金属表面形成锯齿状互锁结构的方法来提升异种金属焊接接头强韧性。虽然这种由机械力作用引起的机械互锁结构提升了接头拉剪强度和塑性变形能力,但是界面变形较大且难以精细控制。
因此,有必要提供一种针对异质金属合金组配的扩散焊方法,用以解决不同金属间热物理性能差异大而导致的焊接应力大、组织不稳定等难题。
发明内容
根据上述提出的针对异种金属焊接接头强韧性差的共性关键问题,而提供一种异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法。本发明主要以钛合金/不锈钢、铝合金/不锈钢等典型异质金属材料作为焊接研究对象,通过添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法来实现“固溶冶金+互锁结构”的效果。
本发明采用的技术手段如下:
一种异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,在两侧母材金属之间采用加入双相高熵合金中间层的方式进行焊接,其中,两侧的所述母材金属为异质金属,所述双相高熵合金中间层是至少由五种百分比在5-35at.%之间的主要元素组成的;
在焊接时,多种所述元素互溶且倾向于形成简单结构的固溶体,所述元素应选取在焊接时避免与母材金属反应生成脆性金属间化合物的合金元素。
进一步地,所述母材金属选用钛合金/不锈钢、铝合金/不锈钢。
进一步地,所述双相高熵合金中间层的元素根据高熵合金设计准则及高熵合金多相固溶体预测模型选取,选取原子半径差δ、混合焓ΔHmix和混合熵ΔSmix作为形成固溶体结构的判断依据;选取参数Ω、电负性差异Δχ和d轨道能级Md作为合金处于稳定固溶体状态的判断依据;选取电子浓度VEC作为合金具体晶体结构的判断依据。
具体地,当满足δ<6.5%、-15kJ/mol<ΔHmix<5kJ/mol、-12J/(K·mol)<ΔSmix<17.5J/(K·mol)时,高熵合金形成固溶体结构;
利用参数Ω、电负性差异Δχ和d轨道能级Md来预测高熵合金的稳定性,当Ω≥1.1,δ<6.5%,电负性差异Δχ<0.117,d轨道能级M d<0.95时合金处于稳定固溶体状态;
合金具体晶体结构则由电子浓度参数VEC进行预测,当6.87≤VEC<8.0时,合金倾向形成BCC+FCC两相固溶体。
通过计算并验证筛选的高熵合金元素满足上述BCC+FCC双相高熵合金中间层成分设计准则。以钛合金和不锈钢组配为例,通过计算初步筛选出与母材主要合金元素固溶性均良好的V、Co、Cr等元素。
其中,V与Ti、Fe元素均能形成固溶体,同时V的加入有利于促进BCC相形成;Co、Cr元素与Fe可完全互溶形成FCC相,同时合金中添加Co元素可提高合金的耐高温性能和塑性,Cr元素可平衡不锈钢中Cr元素对界面反应的影响。利用鸡尾酒效应,按照元素性能叠加增强或互补组合的思路,同时加入高熵合金塑性增强元素Cu、Ni等以及相变元素Al。Cu为FCC相稳定元素,Ti-Cu系金属间化合物脆性低于Ti-Fe系,且Cu与Fe固溶后具有良好的塑性,Cu在合金冷却时偏析于枝晶间,可对晶粒起到粘合的作用;Ni是非碳化物形成元素,既能与Fe无限固溶,又可以与Cu完全互溶,Ni在高温下良好的塑性可以缓减应力;Al元素可增加高熵合金的晶格畸变程度,促使体系从亚稳态FCC结构向稳态BCC结构转变,有利于高熵合金形成双相结构。通过这些元素可改变合金的相组成及微结构,从而获得综合力学性能优异的BCC+FCC双相高熵合金中间层。Fe元素和大部分高熵合金组成元素均有较好的固溶能力,在扩散过程中倾向固溶于富含Co、Cr、V、Cu的FCC相中;Ti元素与Al、Ni、Cu有较强的化学亲和力,在扩散过程中更倾向于在富含Al、Ni、Cu的BCC相中偏聚。
进一步地,根据高熵合金设计准则选取Al、Co、Cr、Cu、Ni、V作为设计双相高熵合金中间层的合金元素;具体地,本发明提出异种金属母材依赖的焊接用中间层共晶双相高熵合金的设计准则,即A(C1,C2,C3……Cn)-B(D1,D2,D3……Dm)型共晶高熵合金的成分设计方法,A-B、A-C、B-D间均存在共晶,n、m具体值由待设计高熵合金元素间实际共晶情况决定。结合A-C1共晶点、A-C2共晶点、A-C3共晶点……、A-Cn共晶点以及B-D1共晶点、B-D2共晶点、B-D3共晶点……、B-Dm共晶点来计算得出多主元共晶双相高熵合金的共晶成分。
通过改变相变元素Al的含量,获得同体系不同组分的AlxCoCrCuNi2.4-xV共晶双相高熵合金中间层,其中,x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4。
进一步地,所述双相高熵合金中间层是采用纯度为99.99%的块状金属按照预设的原子比混合熔炼而成。
进一步地,焊接前,对母材金属的待焊面进行打磨,使其表面粗糙度Ra≤1.6μm;再放入丙酮中超声波清洗,冷风吹干备用。
进一步地,熔炼块状双相高熵合金具体包括:对待熔炼的块状金属进行超声清洗;将各金属应按照熔点由低到高放置于坩埚内;抽真空充入氮气且在容器内气压为负的条件下,采用非自耗真空熔炼炉对合金胚进行熔炼,使得合金元素在基体中均匀分布。
进一步地,采用单辊急冷快速凝固装置将中间层合金坯料制备成中间层箔材,用砂纸打磨方形扁口玻璃管;调整玻璃管底端与铜棍顶端间的距离;加热前氩气洗瓶,随后用氩气将罐中压强充至0.3个标准大气压;将辊轮线速度控制在7m/s;加热电流调为25A,时间控制为10s,制得预设尺寸的高熵合金中间层箔材。
进一步地,将清理好的高熵合金中间层箔材置于母材之间,形成待焊复合构件,并整体置于真空扩散焊炉内进行焊接;焊接时,对待焊复合构件施压,抽真空至5×10-3Pa,以10℃/min的速率对真空扩散焊炉加热,炉温升至200℃时保温一段时间后,再将炉温升至650℃,加压保温;保温结束后随炉冷却至25℃,冷却过程中保压。
进一步地,其特征在于,所述待焊复合构件置于真空扩散焊炉内的上压头和下压头之间,在上压头和下压头与待焊复合构件之间放置阻焊层,进行焊接。
较现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明的高熵合金因其颠覆性的材料设计理念,即由多种主元形成简单固溶体合金,打破了传统金属强塑性难以兼得的困境。其通常至少由五种百分比在5-35at.%之间的主要元素组成,具有特殊的高熵效应—多种元素互溶倾向于形成简单结构的固溶体而非有序金属间化合物,并且元素含量在较大范围内变化时不改变其固溶体结构;晶格畸变效应—严重的晶格畸变效应使得高熵合金的固溶强化效果显著;迟滞扩散效应—能够有效地阻碍高熵合金元素扩散,并可使高熵合金保持优异的组织和性能稳定性;鸡尾酒效应—兼具各合金元素的优点,可通过元素成分调控相组成、相互作用使高熵合金呈现复合效应提升综合性能,这些特性使设计开发成分复杂但结构简单、相组成可控、综合力学性能优异的多组元双相新型焊接中间层材料成为可能。
因此,本发明基于固溶度理论、元素周期表和合金相图,以晶格结构、原子半径、价电子浓度、电负性等作为关键因素,配合考虑高熵合金元素选取基本原则,筛选特殊添加元素改变高熵合金的相组成及微结构,利用多主元高熵固溶体合金成分设计准则及多相预测模型,获得异质金属扩散焊双相高熵合金中间层制备工艺规范,然后利用高熵合金特有的高熵效应及迟滞扩散效应构筑“固溶冶金+互锁结构”复合型界面,从而提升异质金属扩散焊接头的强韧性,突破异质金属焊接技术瓶颈。
综上,本发明的技术方案在高熵合金中间层设计上,基于多元固溶的思路,利用高熵合金设计准则及高熵合金多相固溶体预测模型,设计并制备出熔点低、固溶性好、力学性能优良的新型双相高熵合金,形成异质金属固溶冶金型界面。这种异质金属组配中间层的设计为提高接头强韧性提供了新的思路。
另外,相较于传统异质金属接头两侧较为平整的界面结构,新型双相高熵合金两相由于结构差异会在界面上形成凹凸不平的机械交叉互锁结构,这一新型界面结构可有效地阻碍裂纹扩展,实现异质金属接头的高强韧连接并大幅提高接头的服役可靠性。
因此,本发明实现了“固溶冶金+互锁结构”复合型界面的同时调控,其接头形式的效果图如图4所示(其中,7为不锈钢母材示意图;8为高熵合金中间层示意图;9为钛合金或铝合金示意图),极大程度地改善异质金属扩散焊接头力学性能的强韧性。基于上述理由本发明可在异质金属扩散焊领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高熵合金中间层元素选择依据图。
图2是本发明扩散焊异质金属工件所用的装卡结构示意图。
图3是本发明扩散焊方法的流程框图。
图4是本发明扩散焊所得接头的效果图。
图中:1、上压头;2、阻焊层;3、钛合金或铝合金工件;4、高熵合金中间层;5、不锈钢工件;6、下压头;7、不锈钢母材示意图;8、高熵合金中间层示意图;9、钛合金或铝合金示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当清楚,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任向具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面以钛/钢、铝/钢异种金属之间的扩散连接举例,但本发明不仅限于钛/钢、铝/钢异种金属之间的扩散连接,而同样适用于其他异质金属组配的扩散连接,例如钛/铜、铜/钢等多种异质金属体系。
实施例1
本实施例是一种TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢扩散焊的方法,其具体过程包括以下步骤(如图3所示):
步骤1,如图1所示,设计双相高熵合金中间层;选取Al、Co、Cr、Cu、Ni、V等合金元素,设计AlCoCrCuNi1.4V双相高熵合金中间层;计算得到该高熵合金的混合熵ΔSmix为14.82J/(K·mol)、混合焓ΔHmix为-10.08kJ/mol、原子半径差δ为4.98%、VEC为7.50,表明该高熵合金满足BCC+FCC双相高熵合金中间层成分设计准则。
步骤2,熔炼块状双相高熵合金;采用纯度均为99.99%的高纯Al、Co、Cr、Cu、Ni、V块状金属按照原子比1:1:1:1:1.4:1进行原料配比。使用托盘扭力天秤称量高纯金属,每组合金试样总质量为30g,采用超声清洗装置进行超声清洗;随后将合金胚料放置于坩埚内,为保证合金均匀熔炼,各金属应按照熔点由低到高放置,并标记各合金位置;使用机械真空泵预抽容器气压,当压力达到10-1Pa时,关闭机械真空泵,并开启分子真空泵抽真空,当容器气压为2.3×10-3Pa时,向容器内充入氩气,并重复以上抽真空过程三次,最后向容器内充入少量氩气,保证容器内气压为负;采用非自耗真空熔炼炉熔炼合金,调试引弧电流为30A,熔炼电流为150A;熔炼完毕后,翻转试样,再次熔炼,重复6次后,使得合金元素在基体中均匀分布,每次持续熔炼时间不要超过2min,防止合金元素过度烧损。
步骤3,制备双相高熵合金中间层箔材;采用单辊急冷快速凝固装置将中间层合金坯料制备成中间层箔材,调整玻璃管底端与铜棍顶端距离为1mm;加热前氩气洗瓶5次,随后用氩气将罐中压强充至0.3个标准大气压;将辊轮线速度控制在7m/s;加热电流调为25A,时间控制为10s。采用上述工艺参数制获得厚50μm,宽5mm的中间层箔材。
步骤4,制备母材;机械加工异质金属块体的待焊接TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢,使TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢的尺寸均为5mm×5mm×10mm。
步骤5,焊前清理;采用#400、#800、#1200、#1500、#2000砂纸对TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢的待焊面进行打磨,使其表面粗糙度Ra≤1.6μm;将打磨后的TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢放入丙酮中超声波清洗5-15min,冷风吹干备用,超声波功率为600W。
步骤6,焊接;将清理好的高熵合金中间层4箔材置于焊接工件之间(如图2所示,3为钛合金,5为不锈钢工件),形成待焊复合构件,并整体置于真空扩散焊炉内的上压头1和下压头6之间,在上压头1和下压头6与待焊复合构件之间放置阻焊层2,进行焊接;焊接时,对待焊复合构件施加预压力1MPa;真空扩散焊炉抽真空至5×10-3Pa;以10℃/min的速率对真空扩散焊炉加热,将炉温由室温升至200℃时保温10min;将炉温升至850℃,加压10MPa,保温60min;保温结束后随炉冷却至25℃,冷却过程中保压;焊接结束,关闭真空扩散焊装置,取出焊接试样,得到TC4钛合金与022Cr17Ni12Mo2不锈钢的异质金属复合构件,将焊后接头线切割并进行压缩剪切试验后,得到的接头剪切强度达313MPa。
实施例2
本实施例是一种5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢扩散焊的方法,其具体过程包括以下步骤:
步骤1,设计双相高熵合金中间层;选取Al、Co、Cr、Cu、Ni、V等合金元素,设计Al0.6CoCrCuNi1.8V双相高熵合金中间层;计算得到该高熵合金的混合熵ΔSmix为14.47J/(K·mol)、混合焓ΔHmix为-8.41kJ/mol、原子半径差δ为4.40%、VEC为7.94,表明该高熵合金满足BCC+FCC双相高熵合金中间层成分设计准则。
步骤2,熔炼块状双相高熵合金;采用纯度均为99.99%的高纯Al、Co、Cr、Cu、Ni、V块状金属按照原子比0.6:1:1:1:1.8:1进行原料配比。使用托盘扭力天秤称量高纯金属,每组合金试样总质量为30g,采用超声清洗装置进行超声清洗;随后将合金胚料放置于坩埚内,为保证合金均匀熔炼,各金属应按照熔点由低到高放置,并标记各合金位置;使用机械真空泵预抽容器气压,当压力达到10-1Pa时,关闭机械真空泵,并开启分子真空泵抽真空,当容器气压为2.3×10-3Pa时,向容器内充入氩气,并重复以上抽真空过程三次,最后向容器内充入少量氩气,保证容器内气压为负;采用非自耗真空熔炼炉熔炼合金,调试引弧电流为30A,熔炼电流为150A;熔炼完毕后,翻转试样,再次熔炼,重复6次后,使得合金元素在基体中均匀分布,每次持续熔炼时间不要超过2min,防止合金元素过度烧损。
步骤3,制备双相高熵合金中间层箔材;采用单辊急冷快速凝固装置将中间层合金坯料制备成中间层箔材,用#400、#800、#1000砂纸打磨方形扁口玻璃管;调整玻璃管底端与铜棍顶端距离为1.5mm;加热前氩气洗瓶5次,随后用氩气将罐中压强充至0.3个标准大气压;将辊轮线速度控制在7m/s;加热电流调为25A,时间控制为10s。采用上述工艺参数制获得厚50μm,宽5mm中间层箔材。
步骤4,制备母材;机械加工异质金属块体的待焊接5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢,使5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢的尺寸均为5mm×5mm×10mm。
步骤5,焊前清理;采用#400、#800、#1200、#1500、#2000砂纸对5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢的待焊面进行打磨,使其表面粗糙度Ra≤1.6μm;将打磨后的5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢放入丙酮中超声波清洗15min,冷风吹干备用,超声波功率为600W。
步骤6,焊接;将清理好的高熵合金中间层箔材置于焊接工件之间,形成待焊复合构件,并整体置于真空扩散焊炉内的上压头和下压头之间,在上压头和下压头与待焊复合构件之间放置阻焊层,进行焊接;焊接时对待焊复合构件施加预压力1MPa;真空扩散焊炉抽真空至5×10-3Pa;以10℃/min的速率对真空扩散焊炉加热,将炉温由室温升至200℃时保温10min;将炉温升至650℃,加压10MPa,保温60min;保温结束后随炉冷却至25℃,冷却过程中保压;焊接结束,关闭真空扩散焊装置,取出焊接试样,得到5083铝合金与0Cr18Ni9不锈钢的异质金属复合构件,将焊后接头线切割并进行压缩剪切试验后,得到的接头剪切强度达142MPa。
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,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 (7)
1.一种异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,在两侧母材金属之间采用加入双相高熵合金中间层的方式进行焊接,实现“固溶冶金+互锁结构”的效果,其中,双相高熵合金呈层片状规则排列的共晶组织,两侧的所述母材金属为异质金属,所述母材金属选用钛合金/不锈钢、铝合金/不锈钢,所述双相高熵合金中间层是至少由五种百分比在5-35at.%之间的主要元素组成的;
在焊接时,多种所述元素互溶且倾向于形成简单结构的固溶体,所述元素应选取在焊接时避免与母材金属反应生成脆性金属间化合物的合金元素;
所述双相高熵合金中间层的元素根据高熵合金设计准则及高熵合金多相固溶体预测模型选取,选取原子半径差δ、混合焓ΔHmix和混合熵ΔSmix作为形成固溶体结构的判断依据;选取参数Ω、电负性差异Δχ和d轨道能级Md作为合金处于稳定固溶体状态的判断依据;选取电子浓度VEC作为合金具体晶体结构的判断依据;
共晶双相高熵合金的设计准则为:A(C1,C2,C3……Cn)-B(D1,D2,D3……Dm)型共晶高熵合金的成分设计方法,A-B、A-C、B-D间均存在共晶,n、m具体值由待设计高熵合金元素间实际共晶情况决定。结合A-C1共晶点、A-C2共晶点、A-C3共晶点……、A-Cn共晶点以及B-D1共晶点、B-D2共晶点、B-D3共晶点……、B-Dm共晶点来计算得出多主元共晶双相高熵合金的共晶成分;
根据高熵合金设计准则选取Al、Co、Cr、Cu、Ni、V作为设计双相高熵合金中间层的合金元素;通过改变相变元素Al的含量,获得同体系不同组分的AlxCoCrCuNi2.4-xV共晶双相高熵合金中间层,其中,x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4。
2.根据权利要求1所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,所述双相高熵合金中间层是采用纯度为99.99%的块状金属按照预设的原子比混合熔炼而成。
3.根据权利要求1所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,焊接前,对母材金属的待焊面进行打磨,使其表面粗糙度Ra≤1.6μm;再放入丙酮中超声波清洗,冷风吹干备用。
4.根据权利要求2所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,熔炼块状双相高熵合金具体包括:对待熔炼的块状金属进行超声清洗;将各金属应按照熔点由低到高放置于坩埚内;抽真空充入氮气且在容器内气压为负的条件下,采用非自耗真空熔炼炉对合金胚进行熔炼,使得合金元素在基体中均匀分布。
5.根据权利要求4所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,采用单辊急冷快速凝固装置将中间层合金坯料制备成中间层箔材,用砂纸打磨方形扁口玻璃管;调整玻璃管底端与铜棍顶端间的距离;加热前氩气洗瓶,随后用氩气将罐中压强充至0.3个标准大气压;将辊轮线速度控制在7m/s;加热电流调为25A,时间控制为10s,制得预设尺寸的高熵合金中间层箔材。
6.根据权利要求5所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,将清理好的高熵合金中间层箔材置于母材之间,形成待焊复合构件,并整体置于真空扩散焊炉内进行焊接;焊接时,对待焊复合构件施压,抽真空至5×10-3Pa,以10℃/min的速率对真空扩散焊炉加热,炉温升至200℃时保温一段时间后,再将炉温升至650℃,加压保温;保温结束后随炉冷却至25℃,冷却过程中保压。
7.根据权利要求6所述的异质金属添加双相高熵合金中间层的扩散焊方法,其特征在于,所述待焊复合构件置于真空扩散焊炉内的上压头和下压头之间,在上压头和下压头与待焊复合构件之间放置阻焊层,进行焊接。
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