[发明专利]采用Ag-Cr复合钎料钎焊碳材料与镍基合金的方法

说明书

采用Ag‑Cr复合钎料钎焊碳材料与镍基合金的方法，本发明属于异种材料连接领域，它是克服碳材料难以润湿，与镍基合金形成接头残余应力大、使用温度低以及耐氧化性能差等不足的问题。钎焊方法：一、将Ag粉和Cr球磨混合，压制成钎料箔片；二、打磨、清洗待焊碳材料母材与镍基合金母材；三、装配待焊试件；四、将步骤三得到的待焊试件放置于真空钎焊炉中，控制钎焊温度为965～1100℃进行钎焊，将待焊件冷却至室温，完成碳材料与镍基合金的钎焊方法。本发明在Ag基体中加入Cr，Ag基体具有良好的塑形，Cr活性元素可以与碳材料母材发生强烈的化学反应，形成均匀而连续的反应层，实现碳材料的界面润湿与紧密连接。

技术领域

本发明属于异种材料连接领域，具体涉及一种采用Ag-Cr复合钎料钎焊碳材料与镍基合金的方法。

背景技术

碳材料具有低密度、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀、抗热震、高比强度和高比模以及优异的导热和导电性能等优点，其广泛应用在航空航天、核能、电子、冶金及电器等工业生产中。然而，金刚石、C/C复合材料等碳材料普遍存在成型和加工困难，难以制造大型和复杂结构件等问题，极大限制了其在工程结构中的应用。因此，其实际应用中往往需要与金属连接组成复合构件。镍基合金具有良好的加工性、优异的耐高温和耐腐蚀性、良好的抗氧化性和抗蠕变及高强度等优异性能，是工业生产中广泛应用的一类结构材料。实现碳材料与镍基合金的连接可以充分结合二者的优异性能，提高加工效率和降低生产成本，拓宽两种材料的应用领域，实现碳材料更广泛的应用。

然而，碳材料熔点高，熔化困难，普通的熔焊方法，如弧焊、激光焊、电子束焊等均不适用于其与镍基合金的连接。钎焊方法具有操作简单，经济适用性好等诸多优点，因而其是目前碳材料与金属连接应用最广泛的连接方法。由于物理和化学性质的差异，碳材料难以被钎料润湿，需要添加活性元素与之发生化学反应而实现其界面润湿与连接。Ti、Cr、V和Si是常用的可以与碳发生化学反应的元素。其中，Ti与C反应产物易与母材产生裂纹，V易氧化形成致癌的有毒物质V₂O₅，而Si与C的反应需要1200度以上的高温，将对合金母材产生有害损伤。相比之下，Cr与C反应强烈，可以在较低温度下生成紧密结合的反应层。同时，由于碳材料和镍基合金热膨胀系数的巨大差异，二者焊后接头中极易产生显著的残余应力，降低接头的可靠性，因而要求钎料需要良好的塑形以缓解接头残余应力。此外，由于连接结构处于高温工作环境，钎料需要具备良好的耐温和耐氧化性能。

因此，需要开发一种综合性能良好的钎料，包括优良的塑形、良好的耐温和耐氧化性等，以实现碳材料与镍基合金的可靠连接。

发明内容

本发明的目的是克服碳材料难以润湿，与镍基合金形成接头残余应力大、使用温度低以及耐氧化性能差等不足，而提供一种连接效果更好的钎焊碳材料与镍基合金的方法。

本发明采用Ag-Cr复合钎料钎焊碳材料与镍基合金的方法按照以下步骤实现：

步骤一、按照质量百分含量称取85-97.5％的Ag粉和2.5-15％的Cr粉进行机械球磨，制成混合均匀的Ag-Cr复合钎料，随后将Ag-Cr复合钎料放入压片模具中，压制成钎料箔片；

步骤二、采用砂纸分别打磨碳材料和镍基合金，超声清洗后得到待焊碳材料母材与镍基合金母材；

步骤三、将步骤一得到的钎料箔片，步骤二得到的待焊碳材料母材与镍基合金母材按照碳材料/钎料箔片/镍基合金的顺序依次叠放，得到装配好的待焊试件；

步骤四、将步骤三得到的待焊试件放置于真空钎焊炉中，真空度低于3×10^-3Pa时，开启加热开关，控制升温速率为3～15℃/min至钎焊温度，控制钎焊温度为965～1100℃进行钎焊，将待焊件冷却至室温，完成碳材料与镍基合金的钎焊方法。