[发明专利]用于TiAl或Ti3Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料

说明书

技术领域

本发明是一种用于TiAl或Ti₃Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，属于焊接技术领域。

背景技术

Ti-Al基合金（TiAl或Ti₃Al）具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是非常具有发展前途的轻质耐高温结构材料。

由于Ti-Al基合金的综合性能优势，在航空、航天、汽车等领域具有良好的应用前景。国外在上世纪九十年代末期就开展了Ti-Al基合金的连接技术研究并相继取得一系列结果。而Ti-Al基合金的工程化应用必然要涉及到焊接问题。

钎焊是一种适于连接Ti-Al基合金的方法。当前国内外对Ti-Al基合金钎焊的研究绝大多数使用Al基、Ti基或Ag基钎料，对于Ti基钎料，钎焊接头室温剪切强度达到322MPa（S.J.Lee,S.K.Wu.Infrared joiningstrength and interfacial microstructures of Ti-48Al-2Nb-2Cr intermetallicsusing Ti-15Cu-15Ni foil.Intermetallics,1999,7:11-21），对于AgCu共晶钎料，钎焊接头剪切强度达到345MPa（R.K.Shiue,S.K.Wu,S.Y.Chen.Infrared brazing of TiAl intermetallic using Bag-8braze alloy.ActaMaterialia,2003,51:1991-2004），但由于受到钎料熔化温度的限制，钎焊接头的耐热温度明显低于TiAl材料本身能够承受的工作温度，适于Ti-Al基合金钎焊的高温钎料的研究还鲜见报道。而采用镍基高温钎料在接头内极易生成脆性金属间化合物，严重降低接头力学性能。国内哈工大何鹏使用TiH₂、Ni、Si、C原料进行球磨制粉在1180°C/15min条件下钎焊TiAl合金室温及800°C剪切性能最高达到256MPa和207MPa。（Peng He,Duo Liu,Erjing Shang,Ming Wang.Materials Characterization,2009,60:p30-35.）

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种用于TiAl或Ti₃Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其目的是提高接头室、高温性能。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

本发明技术方案提出了一种用于TiAl或Ti₃Al合金钎焊的钛-锆-铁基钎料，其特征在于：该种钎料的化学成份及重量百分比为：Zr：20.0～30.0，Fe：13.0～20.0，Ti余量，或Zr：20.0～30.0，Fe：7.0～12.9，Cu：2.0～8.0，Ni：2.0～6.0，Ti余量。

上述技术方案中，所述钛-锆-铁基钎料在保证钎料熔化温度和钎料性能的基础上，通过减少钎料中与Ti元素反应剧烈的Cu、Ni元素的含量，甚至不添加Cu、Ni元素，并适当增加Fe元素含量，因为Fe元素与Ti元素反应程度较Cu、Ni元素与Ti元素反应程度弱，从而达到控制接头界面反应程度的目的，避免接头生成过多的脆性化合物相。

在上述技术方案的基础上，在不添加Cu、Ni元素的情况下，该种钎料的化学成份及重量百分比为：Zr：20.0～30.0，Fe：14.0～18.0，Ti余量。该种配比，通过进一步降低Fe元素含量，目的是进一步控制钎料与TiAl或Ti₃Al合金的界面反应程度，避免生成过多的Ti-Fe脆性化合物相，降低接头性能。

在添加Cu、Ni元素的情况下，该种钎料的化学成份及重量百分比为：Zr：20.0～30.0，Fe：8.0～12.0，Cu：2.0～8.0，Ni：2.0～6.0，Ti余量。该种配比的目的与上述相同，也是通过调整Fe元素含量，来实现控制界面反应程度，避免生成过多的脆性化合物相，降低接头性能。

在添加Cu、Ni元素的情况下，本发明技术方案还提出两种钎料的化学成份及重量百分比为：Zr：20.0～30.0，Fe：8.0～12.0，Cu：3.0～7.0，Ni：2.0～6.0，Ti余量，或Zr：20.0～30.0，Fe：8.0～12.0，Cu：3.0～7.0，Ni：3.0～5.0，Ti余量。这两种配比是通过减少Cu、Ni元素的含量，进一步控制接头界面反应程度，避免接头生成过的的Ti-Cu、Ti-Ni或Ti-Cu-Ni脆性化合物相，降低接头性能。