钴-铬-钯基钎焊合金制造技术

本发明专利技术涉及一种钎焊金属，其成分为钴－铬－钯基合金，包含过渡金属如钴、镍、钨、钼和某些非金属元素；而更具体而言，涉及一种含钴、铬、钯、镍、钨、钼、硼和硅的多组分合金，这些成分对于钎焊金属在高温时产生高强度、高抗氧化性、和耐高温、耐腐蚀的钎焊是特别有利的。本发明专利技术的合金组成的化学式为：Ｃｒ↓［ａ］Ｎｉ↓［ｂ］Ｗ↓［ｃ］Ｐｄ↓［ｄ］Ｓｉ↓［ｅ］Ｂ↓［ｆ］Ｃｏ↓［ｂａｌ］.（加上偶然的杂质），其中下标“ａ”，“ｂ”，“ｃ”，“ｄ”，“ｅ”和“ｆ”为原子百分比，“ａ”值为约１５－２２，“ｂ”值为约０－２０，“ｃ”值为约１－５，“ｄ”值为约１－１０，“ｅ”值为约５－１２，而“ｆ”值为约５－１２，“ｂａｌ”为平衡值以使总百分比数达到１００％。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及本专利技术涉及一种钎焊金属，其成分为钴-铬-钯基合金，包含过渡金属如钴、镍、钨、钼和某些非金属元素；而更具体地，涉及一种含钴、铬、钯、镍、钨、钼、硼和硅的多组分合金，这些成分对于钎焊金属在高温时产生高强度、高抗氧化性、和耐高温、耐腐蚀的钎焊是特别有利的。本专利技术的合金组成的化学式为CraNibWcPddSieBfCobal.(加上偶然的杂质)，其中下标”a”,“b”,“c”,“d”,“e”和“f”为原子百分比，”a”值为约15-22,“b”值为约0-20,”c”值为约1-5,“d”值为约1-10,”e”值为约5-12，而”f”值为约5-12,“bal”为平衡值，使总百分比数达到100％。2．现有技术描述硬钎焊是一种金属零件的连接工艺，通常用于连接不同成分的零件。一般而言，钎焊通过在待连接零件之间插入钎料金属来使其形成一个组件，钎料金属的熔点低于待连接的零件的熔点。然后将上述组件加热到一个足以使钎焊填充金属熔化的温度。待冷却后，就形成了一个强度高、且优选地具有很高的抗氧化性、耐高温性和耐腐蚀性的接头。用钎焊工艺制成的几类产品用作动力涡轮机中的重要部件，这些动力涡轮机充当航空工业和固定的动力发电厂内使用的喷气发动机用来发电。特殊的动力涡轮机零件，如涡轮密封装置、一级涡轮喷嘴导向叶片和涡轮机叶片等在使用中要遭遇高温和高氧化环境的侵袭。因此，用在这些零件上的钎焊部件必须能够承受上述苛刻的使用条件，以获得高能量效率，这一效率与工作温度直接相关。钎焊技术的另一个重要应用是用于制造重量轻的耐高温蜂窝结构，这种结构常用于超音速喷气机和可复用的星际飞船的机翼前缘和其他零件。在这些使用场合下，待连接的基体金属多为镍和钴基超级合金和含铬量高的铁基合金。这种超级合金和铁-铬基合金的成分很复杂，包括一些或所有的过度族元素，如钴、镍、铬、铁和某些难熔元素。此外，所有这些合金一般均含有铝、钛，而且有时还含有氧化钇添加剂来提高其耐高温性和抗氧化性。其抗氧化性是通过在上述基体金属零件上形成内生的氧化铝/氧化钛表面保护膜来实现的。对所有在高温环境下工作的零件而言，它们在耐氧化的同时又保持零件的机械完整性的性能是最为重要的。这些基体金属的抗氧化性是由于零件表面上存在上述致密的氧化铝和氧化钛保护膜而实现的。不幸的是，通过使用含有活性非金属元素如硼和硅的填充金属而完成的钎焊会使钎焊区域的保护氧化膜被部分或全部被溶解。因而，钎焊表面就充当了氧气渗透通道，从而导致巨大面积的氧化。因此，在材料的钎焊过程中，保护钎焊表面的完整性就尤为重要，即使不能将这些氧化膜保持在其初始状态时也要保证钎焊表面的完整性。现已开发出含有钴/镍-铬基合金的某些非晶态钎焊填充金属，当温度升高时，它们具有足够的强度和很好的耐腐蚀性。这些合金在例如美国专利Nos.4,260,666,4,515,868,4,515,869,4,515,870和4,801,072中已公开。然而上述专利中公开的合金均显现出一定的缺点，使其不适用于钎焊在高温和高氧化性及腐蚀性环境下持续工作的产品。例如，美国专利No.4,260,666,4,515,868和4,801,072中公开的合金包含过渡族难熔元素和硼、硅。然而，由于硼的原子半径非常小致使其穿过接头区域扩散到合金中，特别是在含有铬的合金中，由于具有形成稳定的硼化铬的倾向而加剧了硼的扩散。优选地，这些硼化物在晶界处生成，而导致合金变脆、过度氧化或者甚至完全断裂。不仅如此，这些合金根本就不含有可防止硼向基体金属中扩散的元素。就美国专利Nos.4,515,869,4,515,870中公开的多组分合金，它们也含有相似的过渡族难熔元素和硼、硅，但是这些合金是镍基的。因此，这些多组分合金仅含有中等量的钴(少于30原子百分比)，而其结果是这种成分不足以保护钎焊零件不受到高温和高氧化性环境的侵袭。由于上述原因，现有的合金均不适用于用来钎焊将要用在涡轮发动机和超音速空间结构上的零件，因为这些零件要在高温、高氧化性和高应力环境中工作。相应地，在本领域中仍然存在对改进形钎焊填充材料的需求，需要这种材料适用于在高温下钎焊超级合金和铁-铬基合金，这些合金能够在高应力作用下在高温和高氧化性环境中工作很长时间。具体地，在本领域中需要有一种钎焊填充金属，能在钎焊表面上自然地形成一层耐高温相的保护层，对基体金属零件进行保护，防止钎焊完成后硼向基体的过度渗透。而且如果该保护层能将硼限制在接头内以防止其向基体金属中过度扩散就更好了。由此，本专利技术的一个目的是提供一种上述钎焊金属。本专利技术的另一个目的是提供钎焊填充金属，这些金属首先要含有与耐高温的基体金属相容的主金属元素；其次，可在钎焊过程中对氧化物覆盖的表面进行润湿；第三，含有一种或几种可向接头交接面发生显著移动并形成一种保护相层。本专利技术的合金具有多个迄今为止尚未被认识和公开的有利性质。这些金属的熔点很高，在约1050-1180℃范围内。这些合金由于其硼的含量很小，而且更重要的是其中含有钯，这使其中的硼扩散问题实际上可以忽略，而在普通的含硼合金这一问题总是存在的。钯在接头分界面处形成一层高熔点、高抗氧化性的铝-钯AlPd金属间化合物相，从而防止硼的渗透、改变或优选地细化接头的显微组织并防止接头氧化。此外，不管钯存在与否，将硼的浓度将至最低同时将硅的浓度维持在一个较低的水平，可使本专利技术的合金制成为延性产品。而且，在降低钴浓度的代价下增加钯的浓度使合金具有可在非晶态下成形并可在金属箔状态下保持延性的性能。由于本专利技术的合金在接头分界面可形成有益的AlPd相保护层，使其对硼向金属基体中的有害扩散得到了极好的抑制，从而防止钎焊连接的基体金属零件氧化，并且使其高温强度非常高。同样地，由于首先在固相金属基体/液相填充金属的分界面上形成了高温固态的AlPd相，由于液态填料和固态基体金属之间的象门帘状的相互作用使得对薄的基体金属块的侵蚀被大大地限制了。用上述填充金属连接而成的钎焊工件具有基本一致的显微结构并在高温下具有很高的强度。此外，本专利技术提供均质延性金属箔形的钎焊填充金属，这些填充金属由准稳态材料构成，优选地具有至少80％的非晶态组织。此外，本专利技术还提供一种改进工艺，用于连接超级合金和/或铁-铬基合金的蜂窝结构，其步骤如下在待连接的基体金属间插入具有上述成分的填充金属以形成一个组合件；将该组合件加热到比钎焊填充金属液相线温度高约25-50℃的温度，并在该温度下保持一段足够长的时间，使其形成一个结实而抗氧化的接头。图2是扫描电镜拍摄的铁-铬-铝基接头的显微照片，该接头是采用本专利技术工艺制成的含钯3％(重量百分比)的填充金属钎焊而成的，这张显微照片描绘出在接头分界面处形成了一层很密的AlPd金属间化合物相(图中空箭头所示)，这层化合物防止硼渗透到基体金属中进而形成有害的硼化铬。基体金属具有一个大体均一的单相显微组织，沉淀的硼化铬非常有限。图3是扫描电镜拍摄的铁-铬-铝基接头的显微照片，该接头是采用本专利技术工艺制成的含钯5％(重量百分比)的填充金属钎焊而成的，这张显微照片描绘出与图2中相同的有益接头显微组织特性，但这一接头中所含AlPd相(图中空箭头所示)要大得多。这表明AlPd相的形成与本专利技术填充金属中钯的含量确有直接的关系。图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钎焊材料，其成分化学式为：Ｃｒ↓［ａ］Ｎｉ↓［ｂ］Ｗ↓［ｃ］Ｐｄ↓［ｄ］Ｓｉ↓［ｅ］Ｂ↓［ｆ］Ｃｏ↓［ｂａｌ．］（加上偶然的杂质），其中下标”ａ”，“ｂ”，“ｃ”，“ｄ”，“ｅ”和“ｆ”为原子百分比，”ａ”值为约１５－２２，“ｂ ”值为约０－２０，”ｃ”值为约１－５，“ｄ”值为约１－１０，”ｅ”值为约５－１２，而”ｆ”值为约５－１２，“ｂａｌ”为平衡值以使总百分比数达到１００％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A拉宾金，
申请(专利权)人：联合讯号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]