[发明专利]一种利用高熵钎料箔片直接钎焊TiAl合金与Ti2AlNb合金的方法

说明书

一种TiAl合金钎焊用高熵钎料及其制备方法和应用，属于焊接技术领域，具体涉及一种高熵钎料及其制备方法和应用。本发明高熵钎料由Ti、Zr、Hf、Cu、Ni、Co组成，或由Ti、Zr、Hf、Cu、Ni组成，高熵钎料中各元素的原子百分比相同。制备方法：按化学成分称取原料，制备高熵钎料锭，吸铸得到细棒状高熵钎料锭；切割成箔片。应用为利用高熵钎料钎焊TiAl合金。本发明借助高熵合金的理论，采用高熵钎料钎焊TiAl合金，利用高熵效应和迟滞扩散效应对于钎焊过程中母材与钎料的互扩散以及接头中的金属间化合物具有重要的抑制作用。接头中母材的溶解现象得到抑制，脆性化合物含量减少，接头高温强度的稳定性得到提高。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种高熵钎料及其制备方法和应用。

背景技术

在航空航天领域，高温合金被广泛应用于航空发动机零部件的生产制造中，但是由于高温合金的密度较大，导致发动机的热效率和推重比等重要参数并不能达到所需的标准。因此，对轻质高温结构材料的设计开发一直都是国内外研究学者的研究热点。

TiAl合金具有密度低、高温比强度高、抗氧化性能及抗蠕变性能好等优势，在轻质高温结构材料方向具有应用潜力。但是由于TiAl合金室温塑性差，不适于整体化加工。在TiAl合金中加入Nb获得的Ti₂AlNb合金，可提高室温塑性和高温性能，但Nb的加入会增加材料密度。因此，以TiAl合金为叶片，Ti₂AlNb合金为环体焊接而成的结构，能够在高温可靠性的前提下，降低结构重量，提高航天发动机推重比和热效率。

在TiAl合金与Ti₂AlNb合金的焊接方法中，钎焊更适合焊接这种形状复杂的结构。钎焊过程中，母材和钎料被整体加热，钎焊温度低，使得焊接变形小。但是，元素Ti与Al亲和力较强，极易发生反应，形成Ti-Al系脆性金属间化合物，降低TiAl/Ti₂AlNb接头的强度。并且两种材料热膨胀系数存在差异，容易在接头中产生较大的残余应力，甚至诱发裂纹。常用的钛基或镍基钎料，无法显著降低接头中脆性金属间化合物的含量。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种润湿性好、钎焊接头综合性能高的TiAl合金钎焊用高熵钎料及其制备方法和应用。

本发明TiAl合金钎焊用高熵钎料由Ti、Zr、Hf、Cu、Ni、Co组成，高熵钎料中各元素的原子百分比相同。

或本发明TiAl合金钎焊用高熵钎料由Ti、Zr、Hf、Cu、Ni组成，高熵钎料中各元素的原子百分比相同。

根据混合熵公式可知，当合金由等原子比元素构成时，具有最大的混合熵。本发明TiAl合金钎焊用高熵钎料具有高的混合熵，高熵钎料由单一相组成，可以增加组元间的相容性，促进固溶强化机制。

本发明高熵钎料的制备方法按照以下步骤进行：

步骤一：按照高熵钎料的化学成分称取原料；

步骤二：将步骤一称取的原料进行反复熔炼5～6次，冷却后得到高熵钎料锭；所述熔炼方法为真空电弧熔炼或氩气气氛保护下的电弧熔炼；

步骤三：将步骤二得到的高熵钎料锭移至吸铸装置的坩埚内，进行吸铸，得到细棒状高熵钎料锭；

步骤四：将步骤三得到的细棒状高熵钎料锭切割成箔片；所述箔片的切割采用线切割设备，箔片的厚度为200μm；

所述原料为纯Ti、纯Zr、纯Hf、纯Co、纯Ni、纯Cu；原料的纯度为99.99％；

所述原料为金属颗粒；

在本发明中：

Ti：Ti作为TiAl合金与Ti₂AlNb合金中的重要组成元素，可使高熵钎料在母材表面具有良好的润湿性和流动性；