非晶态中间层及镍基单晶合金梯度TLP工艺制造技术

非晶态中间层及镍基单晶合金梯度TLP工艺，按质量百分比，由以下组分组成：B为2.8％‑3.2％、Si为1.8％‑2.4％、Nd为0.2％‑0.4％、Co为2.0％‑2.5％、Cr为1.5％‑2.0％、W为2.0％‑2.5％、Mo为1.0％‑1.5％、余量为Ni；非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，步骤为：步骤1，将非晶态镍基合金箔材置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间；步骤2，按照既定的TLP焊工艺对装配好了的接头进行压力作用下的梯度加热、保温和缓冷，实现单晶镍基高温合金的焊接；大大加速接头成分均匀化进程，缩短焊接时间，节能减排，制造成本大幅度降低。

Gradient TLP Process for Amorphous Intermediate Layer and Nickel-based Single Crystal Alloy

【技术实现步骤摘要】
非晶态中间层及镍基单晶合金梯度TLP工艺
本专利技术属于焊接材料
，具体涉及非晶态中间层及镍基单晶合金梯度TLP工艺。
技术介绍
单晶镍基高温合金具有良好的热稳定性、热强性和高温组织稳定性能，已成为航空、航天发动机涡轮叶片的关键材料。高性能航空发动机叶片多用单晶镍基高温合金制备，且常设计成中空结构，以适应承受高温交变载荷及散热需要。这种复杂中空结构单晶合金器件不能使用现行风靡的3D打印增材技术制备，只能采用先进焊接方法获得。镍基高温合金的化学成分非常复杂，加入多种可形成耐热强化相元素及相稳定元素。铬作为相稳定性元素，在合金表面形成致密氧化膜，可提高合金的抗氧化能力。通过添加铝、钛、钴、钨、钼、钽、铌、铪等合金元素，产生固溶强化、第二相强化及晶界强化来实现合金的高温强度。单晶高温合金制备通常采用定向凝固技术。因此，单晶高温合金熔化焊易产生多晶化及焊缝热裂纹，钎焊接头强度低下并且耐高温性能较差。过渡液相扩散焊(TLP)焊兼具钎焊工艺便捷性与熔焊冶金结合高性能特点，是实现单晶高温合金焊接的有效方法。中间层合金成分对接头组织及性能影响较大，焊接工艺直接决定焊接质量优劣。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供用非晶态中间层及镍基单晶合金梯度TLP工艺，解决了现有技术中存在的焊接接头多晶化及性能不能满足技术要求的问题；具有耐高温强度、不产生产生多晶化及焊缝热裂纹的特点；使用该中间层合金TLP焊单晶镍基高温合金，采用梯度升温加速元素扩散，大大缩短焊接时间，压力作用下的梯度升温和保温，大大加速接头成分均匀化进程，缩短焊接时间，节能环保，制造成本大幅度降低。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：非晶态中间层，按按质量百分比，包括以下组分：B为2.8％-3.2％、Si为1.8％-2.4％、Nd为0.2％-0.4％、Co为2.0％-2.5％、Cr为1.5％-2.0％、W为2.0％-2.5％、Mo为1.0％-1.5％、余量为Ni。非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，包括以下步骤：步骤1，将质量百分比为：B为2.8％-3.2％、Si为1.8％-2.4％、Nd为0.2％-0.4％、Co为2.0％-2.5％、Cr为1.5％-2.0％、W为2.0％-2.5％、Mo为1.0％-1.5％、余量为Ni制成的非晶态镍基合金中间层的合金箔材置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间；步骤2，按照既定的TLP焊工艺对装配好了的接头进行压力作用下的梯度加热、保温和缓冷，实现单晶镍基高温合金的焊接；所述的TLP焊工艺工艺参数为：焊接温度1200±5℃，保温时间2.5～3.5h；焊后升温到1220±5℃，保温2.5～3.5h；然后继续升温至1240±5℃，并在此保温2.5～3.5h；焊接压力0.2-0.5MPa，真空度5×10-2Pa。非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，加热规范为：以10℃/min的升温速度加热至1000℃，保温0.5小时；持续梯度升温到1200℃焊接温度后、再依次梯度升温、保温并随炉冷却。所述的非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，所述的加热规范，其具体温度控制过程为：a区段为匀速加热阶段，加热速率为10℃/min；b区段为保温阶段，即在1000℃保温0.5小时；c区段为匀速加热阶段，加热速率为20℃/min；d区段为等温保温阶段，即在1200℃保温2.5～3.5h；e区段为匀速加热阶段，加热速率为0.5℃/min；f区段为保温阶段，即在1220℃保温2.5～3.5h；g区段为匀速加热阶段，加热速率为0.5℃/min；h区段为保温阶段，在1240℃保温2.5～3.5h；i区段为随炉冷却阶段。本专利技术所采用的另一技术方案是，非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，先将该中间层合金应用急冷快速凝固技术制作为非晶态中间层合金箔材，再将非晶合金箔材置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间，然后按照梯度升温TLP焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和缓冷，从而实现单晶镍基高温合金的高性能焊接。本专利技术的有益效果是：该用于梯度升温TLP焊接的非晶态镍基合金中间层，制备方法简单，容易操作，成本较低；合金成分纯净均匀、耐腐蚀性强；加热过程释放晶化潜热而使焊接温度有所降低；固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得优异高温性能的焊接接头。该TLP焊接工艺采用压力作用下的梯度加热和保温，可大大加速元素扩散，缩减成分均匀化时间，节能减排，焊接成本大幅度降低。附图说明图1是本专利技术方法实施例的单晶高温合金梯度升温TLP焊工艺规程。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的非晶态镍基合金中间层，用于单晶镍基高温合金的TLP焊接，实施例1非晶态中间层，按按质量百分比，包括以下组分：B为2.8％、Si为1.8％、Nd为0.2％、Co为2.0％、Cr为1.5％、W为2.0％、Mo为1.0％、余量为Ni。实施例2非晶态中间层，按按质量百分比，包括以下组分：B为3.2％、Si为2.4％、Nd为0.4％、Co为2.5％、Cr为2.0％、W为2.5％、Mo为1.5％、余量为Ni。实施例3非晶态中间层，按按质量百分比，包括以下组分：B为3.0％、Si为2.1％、Nd为0.3％、Co为2.3％、Cr为1.8％、W为2.3％、Mo为1.3％、余量为Ni。本专利技术的镍基合金中间层成分中，各组分及含量限定理由是：欲获得组织及性能与母材金属相匹配的焊接接头，中间层合金所含的元素种类应与母材成分相似相近但成分含量略低于母材。TLP焊高温合金用中间层中含有W、Cr、Co、Mo、Nd、等元素。除此之外，焊接过程的进行必须以元素的扩散为前提，中间层中的降熔元素须兼备扩散速度快的特性。B、Si、Nd等作为组分中主要的降熔元素，其中，B的效果最好，Si和Nd元素的原子尺寸较大，扩散较慢，效果次之。合金元素含量的确定，除了满足焊缝与母材的性能匹配要求之外，还应考虑合金元素与降熔、扩散元素之间的相互作用。譬如，考虑到B元素的扩散效能，中间层合金中不加强硼化物形成的Al、Ti等元素。上述本专利技术非晶态中间层合金的制备方法是，应用高纯金属真空电弧炉熔配中间层母合金，单辊急冷快速凝固制备厚度30-80μm，宽5-8mm，长1-2m的非晶态中间层合金箔材。应用本专利技术的非晶态中间层合金箔材，采用TLP焊新工艺焊接单晶镍基高温合金试样，按照以下方法和步骤实施：先将非晶中间层合金箔材置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间，然后按照既定TLP焊工艺对装配好了的接头进行真空炉中加热、保温、升温、保温和缓冷，从而实现单晶镍基高温合金的焊接。实施例4非晶态中间层，包括以下步骤：步骤1，将质量百分比为：B为2.8％、Si为1.8％、Nd为0.2％、Co为2.0％、Cr为1.5％、W为2.0％、Mo为1.0％、余量为Ni，制成的非晶态镍基合金中间层的合金箔材置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间；步骤2，按照既定的TLP焊工艺对装配好了的接头进行压力作用下的梯度加热、保温和缓冷，实现单晶镍基高温合金的焊接；所述的TLP焊工艺工艺参数为：焊接温度1200℃，保温时间2.5h；焊后升温到1220℃，保温2.5h；然后继续升温至1240℃，并在此保温2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非晶态中间层，其特征在于，按按质量百分比，包括以下组分：B为2.8％‑3.2％、Si为1.8％‑2.4％、Nd为0.2％‑0.4％、Co为2.0％‑2.5％、Cr为1.5％‑2.0％、W为2.0％‑2.5％、Mo为1.0％‑1.5％、余量为Ni。

【技术特征摘要】
1.非晶态中间层，其特征在于，按按质量百分比，包括以下组分：B为2.8％-3.2％、Si为1.8％-2.4％、Nd为0.2％-0.4％、Co为2.0％-2.5％、Cr为1.5％-2.0％、W为2.0％-2.5％、Mo为1.0％-1.5％、余量为Ni。2.非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将非晶态镍基合金中间层置于两个待焊的单晶镍基高温合金试样之间；步骤2，按照既定的TLP焊工艺对装配好了的接头进行压力作用下的梯度加热、保温和缓冷，实现单晶镍基高温合金的焊接；所述的TLP焊工艺参数为：焊接温度1200±5℃，保温时间2.5～3.5h；梯度升温到1220±5℃，保温2.5～3.5h；梯度升温至1240±5℃，保温2.5～3.5h。焊接压力0.2-0.5MPa，真空度5×10-2Pa。3.根据权利要求2所述的非晶态中间层的镍基单晶合金梯度TLP工艺，其特征在于，加热规范为：以10℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟秋亚，徐锦锋，陈亮，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61