[发明专利]一种使用BNi‑2钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊Ti₂AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法。

背景技术

材料是现代社会发展的三大支柱之一，其飞速的发展和变革是科学技术进步的重要推动力。同时，人类社会和科学技术的进步也不断对材料提出新的要求，传统的钢铁材料和有色金属材料已经无法满足新的服役条件和性能要求，特别是在快速发展的航天航空领域，对轻质、高强和耐高温材料的需求越来越强烈。近年来，一种新型的三元碳化物或氮化物陶瓷成为了众多材料科学研究者的焦点。1963年Jeitschko等人首次合成了一类具有 M₂AX化学式的三元化合物，并测定了其晶体结构。2000年，Barsoum等人对该类化合物进行了系统的阐述，并将其定义为MAX相：一类热力学稳定的，具有纳米层状结构的三元碳化物或氮化物。这类陶瓷兼具许多金属和陶瓷的特性，缩小了金属与陶瓷之间的鸿沟，克服了金属和陶瓷材料各自的局限性。

与传统的高温合金相比，MAX相陶瓷，尤其是含Al的MAX相作为高温结构材料具有独特的优势。以典型的211相Ti₂AlC为例，其熔点高达1600℃，并且在真空条件下，结构稳定性可以维持到1400℃。与典型的高温合金相比，Ti₂AlC陶瓷的密度为4.1g/cm³，仅为镍基高温合金的一半；其热导率为46W·m^-1·K^-1，是镍基高温合金的四倍。除此之外， Ti₂AlC陶瓷还具有优异的高温力学性能，其高温压缩实验结果表明，陶瓷在1200℃以上仍可以保持室温的弹性模量，并且其抗压强度达到170MPa。其热震实验结果表明，当ΔT＝1300K时，基体仍保持了75％的强度。与此同时，Al原子的存在赋予了陶瓷优异的抗氧化和抗气氛腐蚀能力。实验结果表明，Ti₂AlC在1000-1300℃之间的氧化增重与氧化时间的立方根的倒数成正比，在1200℃时其氧化速率仅为1.1×10^-10kg³·m^-6·s^-1。同时，氧化生成的α-Al₂O₃氧化膜和Ti₂AlC具有近似的热膨胀系数，因此Ti₂AlC基体与氧化膜的残余应力小，其循环抗氧化能力也十分优异。最后，虽然通常裂纹对于其他陶瓷材料都是致命的，但是Ti₂AlC陶瓷不但在常温下具有一定的损伤容限，在高温下由于氧化反应带来的体积增大效应，裂纹还具有自愈合能力。由此可见，Ti₂AlC陶瓷有望成为新一代的高温结构材料，应用于航空发动机的高温零部件、燃气喷嘴，热循环频繁交替的加热体及原子能反应堆的覆层材料。

根据Ti-Al-C三元体系在1300℃的等温截面相图可知，Ti₂AlC分别与TiC_x和Ti-Al 金属间化合物处于三元相区，而单一的Ti₂AlC相区十分狭窄，这导致在最终合成的Ti₂AlC 陶瓷中总会存在TiC_x等杂质，因此目前的制备方法都不适用于合成大尺寸、复杂形状的块体材料。为了克服这一瓶颈，实现Ti₂AlC陶瓷的钎焊，尤其是与镍基高温合金的连接，制成Ti₂AlC-Ni复合构件，可以大大降低构件的比重，提高使用温度，改善抗腐蚀性能，更好地发挥陶瓷与金属各自的性能优势。截止至目前，国内外关于Ti₂AlC陶瓷钎焊的文献报导比较少，并且还没有采用镍基高温钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷的相关报导。目前的Ti₂AlC 陶瓷在钎焊过程中容易发生分解，焊接结构件服役时的可靠性差。

发明内容

本发明是为了解决目前的Ti₂AlC陶瓷在钎焊过程中容易发生分解，焊接结构件服役时的可靠性差的技术问题，而提供一种使用BNi-2钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法。

本发明的一种使用BNi-2钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法是按以下步骤进行的：