[发明专利]超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的非晶钎焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种叠层复合材料的钎焊工艺，尤其涉及超级镍叠层复合材料与不锈钢异种材料的非晶钎焊工艺，属于材料焊接技术领域。

背景技术

随着航空发动机推重比的提高，对高温材料提出日益苛刻的要求。超级镍叠层复合材料是由超级镍复层与Ni-Cr合金基层通过真空压制而成的一种新型材料，其中超级镍复层厚度仅0.3～0.5mm，Ni-Cr合金基层厚度约为2.0mm。Ni-Cr合金具有低密度、高强度等优势；超级镍复层具有良好的高温抗氧化性和韧性，可以作为韧化元素降低Ni-Cr合金变形时的流变应力和局部流变系数，抑制微裂纹扩展。超级镍叠层复合材料具有低密度以及良好的高温抗氧化性、高温强度，为航空航天、能源动力、石油化工等领域热端部件的发展提供光明前景。

中国发明专利申请ZL201010518504.4，公开了一种采用膏状Ni-Cr-Si-B镍基钎料实现超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢连接的高温钎焊工艺。调制Ni-Cr-Si-B镍基钎料时，需要加入黏结剂。黏结剂在钎焊过程中受热挥发，容易形成气孔。膏状Ni-Cr-Si-B镍基钎料是晶态钎料，组织不是单一相，加热过程中低熔点组分容易与高熔点组分分离，引起成分偏析。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的非晶钎焊工艺，该工艺采用箔状Ni-Cr-Si-B非晶钎料作为填充金属，不需添加黏结剂。非晶钎料成分和组织均匀，在加热过程中几乎同时熔化、铺展，比晶态钎料的润湿性好，能够获得成形良好、无裂纹的超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊接头，满足超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢复合结构的高温使用要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢的非晶钎焊工艺，步骤如下：

(1)焊前对超级镍叠层复合材料和Cr18-Ni8不锈钢待连接表面、Ni-Cr-Si-B非晶钎料表面进行清理，除去表面的油污和氧化膜，并进行干燥处理；

(2)将箔状Ni-Cr-Si-B非晶钎料夹在超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢待连接件之间，并用不锈钢工装板夹紧、固定，形成待钎焊件；

(3)将上述装配好箔状Ni-Cr-Si-B非晶钎料的超级镍叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢待连接件放入真空加热炉中进行真空钎焊，钎焊温度为1060～1230℃，保温时间10～25min；

(4)采用循环水将真空室温度冷却至100℃以下时将钎焊件取出。

所述步骤(1)中可根据待连接件的尺寸，预先将箔状钎料冲剪成相应的形状，能够准确控制钎料用量，并且能够防止液态钎料溢出，成形美观。

所述步骤(1)中，超级镍叠层复合材料、Cr18-Ni8不锈钢和非晶箔状钎料表面油污的去除方法是：

把超级镍叠层复合材料、Cr18-Ni8不锈钢和非晶箔状钎料分别置于丙酮溶液中超声清洗2～5min，然后用清水冲洗，烘干；

所述步骤(1)中，超级镍叠层复合材料、Cr18-Ni8不锈钢和非晶箔状钎料表面氧化膜的去除方法是：

小批量生产时，用砂纸打磨表面至出现金属光泽，然后用酒精冲洗、吹干；所用的砂纸表面太粗糙或太光滑都不利于钎料扩散和铺展，推荐选用600～1200#的砂纸；

或：大批量生产时，用化学浸蚀的方法除去表面的氧化膜，即：把超级镍叠层复合材料、Cr18-Ni8不锈钢和非晶箔状钎料置于HNO₃含量为10％、H₂SO₄含量为6％、HF含量为50g/L(均为体积百分比)的水溶液中，在20℃条件下浸蚀5～10min，取出用60～70℃热水冲洗后烘干。

上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均为常规技术，不属于本发明的发明点，在此不做过多的描述。

所述步骤(1)、(2)或(3)中，Ni-Cr-Si-B非晶钎料的化学成分为：Cr 6.5～7.5％，Si3.0～5.0％，B 2.7～3.5％，Fe 2.5～3.0％，C≤0.02％，Ni余量，以质量百分比计。所述Ni-Cr-Si-B非晶钎料的固相线温度为972℃，液相线温度为1000℃。

所述步骤(3)中，在加热过程中，为防止试样产生裂纹应控制升温速度在10～20℃/min，并设置几个保温平台使真空室内部和钎焊件温度均匀。特别是厚度较大的钎焊件，要适当延长保温平台和钎焊过程的保温时间、降低冷却速度。