CN117259949B - 一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，属于扩散焊连接结构材料领域。本发明主要包括镍基高温合金表面渗Ti工艺、Ti箔焊前酸洗工艺和330℃低温扩散焊工艺。本发明通过在焊前低温低压力条件下长时保温，使预置Ti箔与母材充分互扩散以完成表面渗Ti，然后将温度升至AuSi中间层熔化温度以上，使Si与母材表面Ni、Ti反应形成NiSiTi三元晶须，从而使焊缝形成纯Au基体，实现镍基高温合金低温连接高温应用，避免了焊接过程中母材性能的恶化，缩短了焊接工艺中升温降温过程，节能降耗的同时提高了生产效率。本发明提供的方法大幅降低了镍基高温合金扩散焊压力，连接过程不易使零件产生宏观变形，提高了产品质量稳定性。
Description
技术领域
本发明属于扩散焊连接结构材料领域，具体涉及一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法。
背景技术
镍基高温合金作为高温热结构材料，在航空发动机上的用量已超过其总质量的40%。镍基合金零件结构通常较为复杂，如静子、转子叶片及封严环等，服役条件苛刻，其成型离不开精密焊接技术的支持。镍基高温合金的焊接相比于其它合金，具有如下特点：首先，镍基高温合金导热性差，且合金化程度较高，除固溶强化型镍基合金普遍含有的Cr、Mo、W等难熔元素外，沉淀强化型镍基合金还包含Al、Ti等强化相形成元素，多晶材料还包含B、Ce等晶界强化元素，采用传统熔焊极易产生热裂纹问题；其次，如果不采用软性中间层对镍基合金进行扩散连接，对母材表面粗糙度及装配精度要求较高，且为使接触面产生一定的塑性变形需要施加较高的压力，容易使薄壁或带空腔的零件产生不可逆的宏观变形；如果采用软性中间层对镍基合金进行扩散连接，中间层扩散不充分还会降低接头高温持久性能。
目前国内外普遍采用瞬时液相（TLP）扩散焊解决镍基高温合金的连接问题，该方法所采用的中间层材料通常由镍基合金基体+熔点抑制元素（如B、Si等，简称MPD）组成，其中MPD原子半径较小，易于向母材内部扩散。通过长时间高温保温，可使焊缝组织、成分与母材接近一致，得到匀质化接头。目前这种连接方式存在的问题是，以镍基合金为基体的中间层经过MPD降熔，熔点依旧很高（常用TLP中间层如表1所示），使焊接温度接近甚至超过母材的固溶温度，对母材尤其是沉淀强化型镍基合金的力学性能尤为不利。如果缩短焊接时间，MPD易积聚在焊缝中心，不仅得不到重熔温度升高的接头，还会形成大量的脆性硼化物，使接头强度无法提升。即便焊后可以在较低温度对接头进行匀质化处理，长时间保温也会使母材出现不同程度的晶粒粗化，在晶界处析出碳化物并合并长大，使母材的延伸率及屈服强度降低。
表1 镍基高温合金瞬时液相扩散焊常用中间层
发明内容
针对传统瞬时液相扩散焊需要高温长时保温，可能会造成镍基高温合金母材晶粒长大、沉淀强化相重溶，导致合金缺口敏感、延伸率及屈服强度降低等问题，本发明提出一种低温瞬时液相扩散连接方法，主要包括镍基高温合金表面渗Ti工艺、Ti箔焊前酸洗工艺和330℃低温扩散焊工艺。本发明通过在焊前低温低压力条件下长时保温，使预置Ti箔与母材充分互扩散以完成表面渗Ti，然后将温度升至AuSi中间层熔化温度以上，使Si与母材表面Ni、Ti反应形成NiSiTi三元晶须，从而使焊缝形成纯Au基体，将焊缝熔化温度从363℃（AuSi共晶点）提升至1064℃（Au的熔点），实现镍基高温合金低温连接高温应用，避免了焊接过程中母材性能的恶化。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，包括以下步骤：
步骤1.预处理：将镍基高温合金待焊面打磨、清洗；
步骤2. Ti箔酸洗：将10μm厚的Ti箔在酸洗液中进行酸洗；
步骤3.压力装配：将AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的镍基高温合金，装配后施加压力；
步骤4.扩散焊接：真空条件下加热进行扩散焊接，随后冷却至室温。
所述步骤1中，镍基高温合金为变形高温合金、铸造高温合金、定向凝固合金、单晶合金中的一种；其中变形高温合金选自GH536、GH4169、GH625、GH3039中的一种；铸造高温合金选自K417G、K419中的一种；定向凝固合金选自DZ125、IC10中的一种；单晶合金选自DD5、DD6、IC21中的一种；
打磨时用砂纸打磨，砂纸牌号选自1200号~2000号中的一种；清洗时用洗液超声清洗，其中洗液选自丙酮、无水乙醇中的一种，超声时间为10 min~15 min。
所述步骤2中，酸洗液为HF和HNO3混合溶液；其中，HF为50 g/L~75 g/L，HNO3可选为320 g/L~370 g/L，m(HF)：m(HNO3)=1：(4~7)；酸洗时间为10 s~30 s。
所述步骤3中，AuSi中间层厚度可选范围为50μm~100μm；
所述装配方式为，用石墨卡具按照镍基高温合金/Ti箔/AuSi中间层/Ti箔/镍基高温合金的顺序将其夹紧，在真空扩散炉中施加1 MPa~2 MPa的压力进行装配。
所述步骤4中，扩散焊接过程中，真空度为5×10-4Pa~1×10-3Pa；
所述扩散焊接过程中，加热工艺为：从室温以5℃/min~10℃/min升至330℃，保温60 min，然后以5℃/min~10℃/min升至430℃，保温30 min~60 min，最后以5℃/min~10℃/min降至200℃。
本发明中，由于酸洗时间决定Ti箔残留厚度，而残留厚度决定Ti元素的渗入量。Ti箔过薄，焊缝容易残留AuSi共晶组织，Ti箔过厚，焊缝容易形成大量Au4Ti脆性化合物，酸洗时间应与所用AuSi中间层厚度相匹配。
本发明采用低温扩散的方式完成合金表面渗Ti，渗Ti过程与焊接过程可以单步完成。所得焊接产物焊缝及界面组织形成了密集定向生长的NiSiTi三元晶须，焊缝及界面附近无AuSi共晶组织残留，焊缝内部无缺陷。
本发明提供了一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，其有益效果在于：
（1）本发明实现了镍基高温合金低温连接高温使用，形成了密集定向生长的NiSiTi三元晶须，焊缝及界面附近无AuSi共晶组织残留，焊缝内部无缺陷，避免了焊接过程对母材性能的恶化。
（2）本发明大幅降低了镍基高温合金扩散焊压力，且低温条件下合金屈服强度较高，连接过程不易使零件产生宏观变形，提高了产品质量稳定性。
（3）本发明采用低温扩散焊接，缩短了焊接工艺中升温降温过程，节能降耗的同时提高了生产效率。
（4）本发明在前期试验研究的基础上，采用共晶成分的AuSi中间层（成分为81.4at.% Au-18.6 at.%Si，熔点为363℃），通过低温TLP连接的方式连接镍基高温合金。相比于传统镍基合金中间层（以BNi-2为例），本方案可将连接温度从1040℃降低至430℃，避免了焊接过程对母材性能的恶化。由于Si与Ni易于在母材界面处形成连续的NiSi二元化合物层，因此焊前需对镍基高温合金进行表面渗Ti处理。通过引入Ti元素，在母材界面形成非连续的NiSiTi三元化合物晶须，与焊缝形成机械咬合结构，增强界面连接强度。同时形成以纯Au为基体的焊缝，使接头重熔温度大幅提升。
附图说明
图1 为对比例1中表面涂覆TiH2涂料改性的GH3039接头焊缝及母材界面组织；其中，（a）为焊缝组织扫描电镜照片，（b）为母材界面组织扫描电镜照片。
图2 为对比例2中表面磁控溅射Ti膜改性的GH3039接头焊缝及母材界面组织；其中，（a）为焊缝组织扫描电镜照片，（b）为母材界面组织扫描电镜照片。
图3 为实施例1中表面低温低压扩散Ti箔改性的GH3039接头焊缝及母材界面组织；其中，（a）为焊缝组织扫描电镜照片，（b）为母材界面组织扫描电镜照片。
具体实施方式
镍基高温合金具有良好的综合性能，主要合金元素是铬、钼、钨，还含有少量的铌、钽和铟，除具有耐磨性能外，其抗氧化、耐腐蚀、焊接性能也好，是理想的航空发动机材料。而镍基高温合金中的变形高温合金、铸造高温合金、定向凝固合金和单晶合金，广泛应用于航空发动机的材料。本发明提供的一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，通过在焊前低温低压力条件下长时保温，使预置Ti箔与母材充分互扩散以完成表面渗Ti，然后将温度升至AuSi中间层熔化温度以上，使Si与母材表面Ni、Ti反应形成NiSiTi三元晶须，从而使焊缝形成纯Au基体，解决了基于变形高温合金（GH536、GH4169、GH625、GH3039）、铸造高温合金（K417G、K419）、定向凝固合金（DZ125、IC10）或单晶合金（DD5、DD6、IC21）作为航空发动机材料时，焊接过程中存在的合金缺口敏感、延伸率及屈服强度降低等问题，实现了镍基高温合金低温连接高温应用，避免了焊接过程中母材性能的恶化。
在本发明实施例和对比例中，以航空发动机常用的GH3039变形高温合金、K417G铸造高温合金、IC10定向凝固合金和DD5单晶合金作为焊接母材。
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨、丙酮超声清洗10 min进行预处理；
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：6，其中HF配比：50 g/L，HNO3配比：350 g/L，酸洗时间为15 s。由于酸洗时间决定Ti箔残留厚度，而残留厚度决定Ti元素的渗入量。Ti箔过薄，焊缝容易残留AuSi共晶组织，Ti箔过厚，焊缝容易形成大量Au4Ti脆性化合物，酸洗时间应与所用AuSi中间层厚度相匹配；
（3）将100μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的GH3039变形高温合金装配成待焊样品，装配形式为：GH3039变形高温合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/ GH3039变形高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1MPa压力；
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039接头。
本实施例采用低温扩散的方式完成合金表面渗Ti，渗Ti过程与焊接过程可以单步完成。所得GH3039接头焊缝及界面组织如图3所示，可见GH3039变形高温合金母材界面形成了密集定向生长的NiSiTi三元晶须，焊缝及界面附近无AuSi共晶组织残留，焊缝内部无缺陷。
实施例2
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨、丙酮超声清洗10 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：7，其中HF配比：50 g/L，HNO3配比：370 g/L，酸洗时间为15 s。
（3）将100μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的GH3039变形高温合金装配成待焊样品，装配形式为：GH3039变形高温合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/ GH3039变形高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039变形高温合金自连接接头。
实施例3
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨、丙酮超声清洗10 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：4，其中HF配比：75 g/L，HNO3配比：320 g/L，酸洗时间为10 s。
（3）将100μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的GH3039变形高温合金装配成待焊样品，装配形式为：GH3039变形高温合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/GH3039变形高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039变形高温合金自连接接头。
实施例4
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨、丙酮超声清洗10 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：7，其中HF配比：50 g/L，HNO3配比：370 g/L，酸洗时间为30 s。
（3）将50μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、打磨过的镍基高温合金装配成待焊样品，装配形式为：镍基高温合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/镍基高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以5℃/min升至330℃保温60min，然后以5℃/min升至430℃保温30 min，最后以5℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039变形高温合金自连接接头。
实施例5
（1）将K417G铸造高温合金待焊面用1500号砂纸打磨、丙酮超声清洗15 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：7，其中HF配比：50 g/L，HNO3配比：370 g/L，酸洗时间为15 s。
（3）将100μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的K417G铸造高温合金装配成待焊样品，装配形式为：K417G铸造高温合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/ K417G铸造高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到K417G铸造高温合金自连接接头。
实施例6
（1）将IC10定向凝固合金待焊面用1200号砂纸打磨、无水乙醇超声清洗10 min进行预处理。
（2）将30μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：4，其中HF配比：75 g/L，HNO3配比：320 g/L，酸洗时间为10 s。
（3）将100μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的IC10定向凝固合金装配成待焊样品，装配形式为：IC10定向凝固合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/IC10定向凝固合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，加热工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，进行扩散焊接，随后关闭加热并炉冷至室温，得到IC10定向凝固合金自连接接头。
实施例7
（1）将DD5单晶合金待焊面用2000号砂纸打磨、丙酮超声清洗13 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：7，其中HF配比：50 g/L，HNO3配比：370 g/L，酸洗时间为30 s。
（3）将50μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的DD5单晶合金装配成待焊样品，装配形式为：DD5单晶合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/DD5单晶合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到1×10-3Pa，加热工艺为：从室温以5℃/min升至330℃保温60min，然后以5℃/min升至430℃保温30 min，最后以5℃/min降至200℃，关闭加热并炉冷至室温，得到DD5单晶合金自连接接头。
实施例8
（1）将DD5单晶合金待焊面用1500号砂纸打磨、丙酮超声清洗15 min进行预处理。
（2）将10μm厚的Ti箔进行酸洗去氧化层，酸洗试剂配比m(HF)：m(HNO3)=1：6，其中HF配比：60 g/L，HNO3配比：340 g/L，酸洗时间为20 s。
（3）将70μm厚AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的DD5单晶合金装配成待焊样品，装配形式为：DD5单晶合金/Ti箔/AuSi中间层/ Ti箔/DD5单晶合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，施加2 MPa压力。
（4）待真空度抽到8×10-4Pa，加热工艺为：从室温以5℃/min升至330℃保温60min，然后以5℃/min升至430℃保温30 min，最后以5℃/min降至200℃，关闭加热并炉冷至室温，得到DD5单晶合金自连接接头。
对比例1
作为本发明所述一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法的前期论证方案，选取的焊接母材同实施例1，方案内容具体如下：
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨，并用丙酮超声清洗10 min。
（2）用松油醇将TiH2粉体调配成浆料，然后通过丝网印刷法均匀刷涂在GH3039变形高温合金待焊面。
（3）将AuSi中间层与涂覆TiH2的GH3039变形高温合金装配成待焊样品，装配形式为GH3039变形高温合金/AuSi中间层/ GH3039变形高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，并施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，开启加热，焊接工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60 min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039接头。
该方案采用合金表面预置TiH2粉的方法，完成合金表面渗Ti，渗Ti过程与焊接过程可以单步完成，避免了改性表面在中转过程中被氧化及污染。所得GH3039变形高温合金接头焊缝及界面组织如图1所示，可见母材界面处虽然出现NiSiTi三元晶须，但焊缝内一些区域还存在AuSi共晶组织。这是由于，在TiH2浆料涂料过程中容易存在浆料刷涂不均匀、浆料配比一致性难保证等问题，导致焊缝某些位置形成大量Au4Ti化合物，而另一些位置残留AuSi共晶组织。这种焊缝组织不仅使接头室温强度低，接头也不具有高温强度。
对比例2
作为与本发明所述一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法进行对比的工艺方案，本方案选取的焊接母材同对比例2，具体内容如下：
（1）将GH3039变形高温合金待焊面用2000号砂纸打磨，并用丙酮超声清洗10 min。
（2）将清洗后的GH3039变形高温合金待焊件装卡于磁控溅射设备内并用直流靶镀Ti膜，镀膜工艺参数为：溅射功率180 W，溅射时间2 h，靶基距10 cm，高纯氩气流量50sccm，样品台转速30 r/min。
（3）将AuSi中间层与镀Ti的GH3039变形高温合金装配成待焊样品，装配形式为GH3039变形高温合金/AuSi中间层/ GH3039变形高温合金，用石墨卡具夹紧，放入真空扩散焊炉中，并施加1 MPa压力。
（4）待真空度抽到5×10-4Pa，开启加热，焊接工艺为：从室温以10℃/min升至330℃保温60 min，然后以10℃/min升至430℃保温30 min，最后以10℃/min降至200℃，关闭加热并炉冷至室温，得到GH3039变形高温合金自连接接头。
本对比例采用物理气相沉积的方法在合金表面镀Ti膜，在焊接升温过程中完成合金表面渗Ti，镀膜与焊接过程为双步完成，这种表面改性方法可以得到厚度均匀的Ti膜。所得GH3039变形高温合金接头焊缝及界面组织如图2所示，可见母材界面处虽然出现NiSiTi三元晶须，但晶须形成量较少，且出现膜层分段脱落的现象。这是由于磁控溅射得到的Ti膜主要为非晶结构，与晶态的GH3039变形高温合金在低温条件下元素互扩散受限，且非晶脆性大，焊前加压容易导致Ti膜碎裂，因此在焊后会出现Ti膜分段脱落的现象。
Claims (4)
1.一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1.预处理：将镍基高温合金待焊面打磨、清洗；
步骤2. Ti箔酸洗：将10μm厚的Ti箔在酸洗液中进行酸洗；
步骤3.压力装配：将AuSi中间层与酸洗后的Ti箔、预处理后的镍基高温合金进行装配后，施加预紧压力；
步骤4.扩散焊接：在真空条件下加热，进行扩散焊接，随后冷却至室温；
其中，酸洗液为HF和HNO3混合溶液；其中，HF为50g/L~75g/L，HNO3为320 g/L~370g/L，m(HF)：m(HNO3)=1：（4~7）；酸洗时间为10s~30s；
AuSi中间层厚度可选范围为50μm~100μm。
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，其特征在于，所述步骤1中，镍基高温合金为变形高温合金、铸造高温合金、定向凝固合金、单晶合金中的一种；其中，变形高温合金选自GH536、GH4169、GH625、GH3039中的一种；铸造高温合金选自K417G、K419中的一种；定向凝固合金选自DZ125、IC10中的一种；单晶合金选自DD5、DD6、IC21中的一种；
所述打磨方式为用砂纸打磨，砂纸牌号选自1200号~2000号中的一种；清洗时用洗液超声清洗，其中洗液选自丙酮、无水乙醇中的一种，超声时间为10min~15min。
3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，其特征在于，所述步骤3中，所述装配方式为，用石墨卡具按照镍基高温合金/Ti箔/AuSi中间层/Ti箔/镍基高温合金的顺序将其夹紧进行装配，然后在真空扩散炉中施加1MPa~2MPa的压强。
4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金低温瞬时液相扩散连接方法，其特征在于，所述步骤4中，扩散焊接过程中，真空度为5×10-4Pa~1×10-3Pa；
所述扩散焊接过程中，加热工艺为：从室温以5℃/min~10℃/min升至330℃，保温60min，然后以5℃/min~10℃/min升至430℃，保温30min~60min，最后以5℃/min~10℃/min降至200℃。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05301314A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-11-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | クラッド線材 |
| US6720086B1 (en) * | 2001-11-02 | 2004-04-13 | Rohr, Inc. | Liquid interface diffusion bonding of nickel-based superalloys |
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|---|---|---|---|---|
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| US6720086B1 (en) * | 2001-11-02 | 2004-04-13 | Rohr, Inc. | Liquid interface diffusion bonding of nickel-based superalloys |
| CN110734296A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于镍基高温合金与陶瓷的连接接头及其制备方法 |
| CN113478062A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-10-08 | 北京机电研究所有限公司 | 一种钛锆钼合金耐高温接头的反应扩散连接方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李小强 ; 程准 ; 邱昊 ; 屈盛官 ; .镍基高温合金焊接修复技术的研究进展.材料导报.2017,(S1),全文. * |
| 镍基高温合金焊接修复技术的研究进展;李小强;程准;邱昊;屈盛官;;材料导报(S1);全文 * |
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