[发明专利]一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温钎焊材料及其制备方法。

背景技术

TiAl基合金具有高的比强度、比刚度，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，使用温度可望达到900℃以上。TiAl基合金被公认为是代替钛合金和镍基高温合金的理想材料，拥有广阔的应用前景，是一种非常有发展潜力的轻质高温材料。自从1975年美国空军材料实验室提出第一个TiAl基合金发展计划以来，TiAl基合金一直是全世界范围内航空、航天、军工等重要工业部门积极支持并组织研究的热点材料。经过二十多年来各国研究者们深入细致的基础研究工作，TiAl基合金的发展已经步入实用化的研究阶段。

TiAl基合金除有望直接用于结构材料外，还可以制作航空、航天、汽车等发动机的零部件以及高速飞行器的翼、壳体等。然而，TiAl基合金在工程上要想获得广泛的应用，必然要涉及到焊接问题，包括其自身的焊接及其它材料的焊接。关于TiAl基合金的焊接，国内外学者已展开了相关的研究工作，根据文献及相关报道，TiAl基合金自身熔点高，硬度大，且低温塑性差，其焊接性表明，钎焊是实现TiAl基合金连接是一种较为合适的方法。

然而，目前用于TiAl基合金钎焊的钎料及其制备方法还存在以下问题：

1、铝基钎料，由于该钎料自身熔点较低，使得获得的TiAl基合金钎焊接头的使用温度低，难以在高温下使用，不能发挥TiAl合金的高温应用价值。另外在接头内已形成脆性的TiAl3化合物，严重降低接头的力学性能。

2、银基钎料，与铝基钎料相似，获得的钎焊接头使用温度低于500℃，难以长时间在高温条件下使用。且银基钎料价格昂贵，生产成本高。

3、镍基钎料，采用镍基钎料获得的钎焊接头可以在较高的温度下使用，但是在接头内容易生成脆性金属间化合物，严重降低了接头的力学性能。且目前镍基钎料大都采用Si、B等作为降熔元素，对接头的抗氧化及腐蚀性能不利。

4、钛基钎料，采用钛基钎料获得的钎焊接头使用温度高，高温环境下强度好，但目前常用的钛基钎料种类较少，且大都含有贵金属元素(如：Zr、Hf等)。生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用传统钎料获得的TiAl基合金钎焊接头使用温度低，高温环境下接头性能差、所用钎料价格昂贵、钎料制备工艺复杂的问题，而提供一种用于TiAl基合金钎焊的高温钎料及其制备方法。

用于TiAl基合金钎焊的高温钎料按照重量百分比由32％～36％的Ti、40％～44％的Ni和20％～28％的V制成。

制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料的方法按以下步骤进行：一、按重量百分比称取32％～36％的Ti、40％～44％的Ni和20％～28％的V；二、将称取的Ti、Ni和V装入电弧熔炼设备中抽真空，真空度为1×10^-31×10^-1Pa，然后充入氩气，再采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼6～12次，冷却后即完成制备用于TiAl基合金钎焊的高温钎料。

本发明所制备的高温钎料，经电弧熔炼后形成TiNi金属间化合物和V的共晶组织，共晶温度为1150℃左右，钎焊加热过程中，钎料在该温度下熔化后润湿TiAl母材并在其表面铺展。V的存在可以增加TiAl中B2相的体积分数，提高其高温变形能力。冷却过程中Ni与Ti、Al形成τ₃相呈短棒状或条状分布于接头中。本发明制备的高温钎料采取预置钎料方式，钎焊温度1180℃时可以得到完整TiAl基合金接头，接头具有良好力学性能，其室温抗剪性能可达到178～196MPa，800℃高温三次热循环后的室温抗剪强度可达到152～168MPa，800℃高温抗剪强度可达到137～150MPa。本发明所制备的钎料与现有的钎料对比，其熔点合适，润湿性好，钎焊接头具有较好的室温及高温强度，且本发明的钎料成分中不含有Ag、Zr等贵金属，成本低廉。

本发明涉及的钎焊材料及其制备方法用于TiAl基合金钎焊上具有钎焊接头800℃高温环境下强度好、适用于各种形式接头、制备方法简便、制造成本低的优点。

附图说明

图1为具体实施方式十三中制备所得TiAl基合金钎焊的高温钎料的背散射电子衍射组织形貌图；图2为具体实施方式十三中TiAl基合金接头的界面组织结构图；图3为具体实施方式十三中TiAl基合金接头经800℃高温三次热循环后界面组织结构图；图4为具体实施方式十三中TiAl基合金接头在800℃条件下经压剪测试后断口二次电子形貌图。

具体实施方式