[发明专利]用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金的中间层合金及制备

说明书

技术领域

本发明涉及镍基高温合金连接过程时中间层合金的设计，特别提供了一种用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金的中间层合金及其制备方法。

背景技术

瞬态液相连接(Transient liquid phase bonding)，简称TLP连接，是一种有效连接高温合金的连接技术。TLP连接工艺的一个重要特色是在被连接的表面之间所放置的中间层合金成分设计及其物理特性。中间层合金必须在低于基体金属熔点的温度下熔化，与基体金属接触但不会受到有害(杂质)的影响。它的成分和数量必须满足连接区域能在连接温度下凝固，并且在化学成分和微观结构上具有与母材相一致的特性。目前，用于高温合金连接的中间层合金主要有下面两种类型。(1)使用主组元和母材的基本金属相同的共晶类合金或相对简单的三元或四元合金，如Ni-B，Ni-Cr-B，Ni-Cr-P，Ni-Cr-Si-B等。这些中间层合金广泛地用于多种材料的焊接。(2)以现有的镍基高温合金成分作为基本成分，加入降熔点元素以获得具有理想熔点的中间层合金。为了提高接头的均匀性，中间层合金的成分需要合理地接近所连接的基体金属的合金成分，并加入降熔点元素，以便得到合适的熔化温度。同时要有意地从中间层合金中去掉镍基高温合金基体中通常存在的铝、钛等元素，这些合金元素会使TLP连接过程中形成有害相。接头区中的铝、钛可依靠从母材向接头区的扩散而得到补偿。这种方法可以获得化学成分类似于基材的镍基高熔点中间层合金。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金的中间层合金(Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B)及其制备方法，利用这种合金对单晶高温合金TLP连接后，接头的室温和高温拉伸强度以及持久强度均与基体金属相当。

本发明的技术方案是：

一种用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金的Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中间层合金，按质量百分比，化学成分为：Cr5～7％，Co4～6％，W5～7％，Mo1～3％，Ta2～4％，B3.5～4％，其余为Ni。

所述中间层合金的制备方法，具体步骤如下：

1、用纯度大于99％wt的镍、铬、钴、钨、钼、钽以及镍硼合金按所设计的合金成分配料；

2、将配置的合金在真空感应炉中熔炼，并将液态合金浇铸成合金锭作为母合金；

3、利用超声气体雾化法制备Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B金属粉末，粒度为30～50μm；

本发明中，镍基中间层合金粉末的熔化温度在1030～1145℃之间，TLP连接温度至少应高于完全熔化温度30～60℃。

本发明镍基中间层合金适用于常用镍基单晶高温合金的瞬态液相连接。

本发明具有如下优点：

1、本发明利用硼作为降熔点元素，只需少量的硼(～4％)即能使镍基中间层合金获得合适的熔化温度，满足TLP连接对中间层合金熔化温度的要求。同时，硼的原子半径很小，扩散速度高，中间层合金中的硼向母材的快速扩散可使中间层合金与母材之间迅速达到成分的均匀化，并且避免在接头中形成有害的第二相。

2、本发明利用超声气体雾化法制备Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B金属粉末，合金成分均匀。

3、本发明用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金后，接头的室温和高温拉伸强度以及持久强度均与基体金属相当。

附图说明

图1为Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的SEM颗粒形貌。

图2为Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的XRD谱。

图3为Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的差热分析曲线。

图4为TLP接头经均匀化处理后接头区域和基体上γ′形貌；(a)连接区，(b)基体区。

图5为Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中间层合金TLP连接后的接头与母材高温和室温拉伸强度比较。

具体实施方式

以下通过实例详述本发明：