表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法技术

本发明专利技术涉及一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法。其包括：将TC17合金放入喷丸室中对TC17合金表面进行喷丸处理的步骤，然后放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗，用吹风机吹干备用的步骤，进一步，采用SiC水砂纸对TC4合金打磨的步骤；然后，将打磨后的TC4合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15‑25min后，用吹风机吹干备用的步骤；将所述TC17合金的喷丸面与TC4合金研磨表面紧密贴合在一起，并置入热模拟试验机中，抽取真空并保持恒温加压10‑30min后卸压降温，最终，将连接后的合金试件空冷至室温的步骤。本方法使TC17合金表层为固态连接界面处的原子扩散提供更多的扩散通道，促进异质钛合金连接接头的冶金结合，进而获得高性能表层自纳米化TC17合金与TC4合金接头。

Solid-state Bonding Method of Surface Self-nanocrystallized TC17 Alloy and TC4 Alloy

The invention relates to a solid-state connection method of surface self-nanocrystallized TC17 alloy and TC4 alloy. The process includes: putting TC17 alloy into shot blasting chamber to blast the surface of TC17 alloy, then putting it into anhydrous ethanol solution for ultrasonic cleaning, drying the standby step with a blower, and further grinding the TC4 alloy with SiC water sandpaper; then, putting the grinded TC4 alloy into anhydrous ethanol solution for ultrasonic cleaning for 15 minutes, and blowing it. The step of blower drying standby; the shot-peening surface of TC17 alloy and the grinding surface of TC4 alloy are closely bonded together, and placed in the thermal simulation test machine. The vacuum is extracted and kept under constant temperature and pressure for 10 to 30 minutes, then the pressure is released and the temperature is lowered. Finally, the connecting alloy specimen is air-cooled to room temperature. By this method, the surface layer of TC17 alloy can provide more diffusion channels for atom diffusion at solid interface, promote metallurgical bonding of heterogeneous titanium alloy joints, and then obtain high performance surface self-nanocrystallized TC17 alloy and TC4 alloy joints.

【技术实现步骤摘要】
表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法
本专利技术涉及异质钛合金固态连接领域，具体为一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法。
技术介绍
现代航空、航天领域要求高端装备实现高可靠性、低能耗及功能高效性，采用高性能轻质材料制造复杂结构件，可实现装备关键构件的轻量化，满足装备减重、提高装备性能的要求。钛合金是一种高性能轻质合金，其综合性能优异而广泛应用于航空领域，通过异质钛合金的有效连接能够充分利用不同钛合金的特性，满足构件不同区域的服役要求，进而获得优异的整体性能。固态连接技术是指在高温和一定压力下，两个相互接触的表面通过原子扩散形成牢固接头的先进连接方法。钛合金的固态连接技术能够实现大型复杂结构件的整体连接，在航空领域关键构件的制造中得到了广泛应用。文献1“X.Wang,M.Ma,X.Liu,J.Lin,Interfacecharacteristicsindiffusionbondingofaγ-TiAlalloytoTi-6Al-4V.JournalofMaterialsScience,2007,42:4004–4008.”公开了一种γ-TiAl与TC4合金的固态连接方法，在连接温度800～900℃、压力100MPa、时间2h的条件下获得了高质量固态连接接头。文献2“S.J.Tuppen,M.R.Bache,W.E.Voice.Afatigueassessmentofdissimilartitaniumalloydiffusionbonds.InternationalJournalofFatigue,2005,27:651-658.”公开了一种TC4合金/Ti550异质钛合金的固态连接方法，在连接温度915℃、连接压力140MPa、连接时间4h时获得了拉伸强度接近TC4合金母材的连接接头。在上述异质钛合金固态连接方法中，获得高性能连接接头需要的连接时间较长，这就会导致钛合金基体组织粗化，影响异质钛合金连接件的整体性能。另一方面，较长的连接时间使得生产能耗升高、制造周期过长，不利于固态连接工艺的工程化应用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种实现异质钛合金有效连接，获得了高性能表层自纳米化TC17合金与TC4合金接头，且连接接头性能优良，且有效节省连接时间的表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法，包括以下步骤：(1)将TC17合金放入喷丸室中，并调整喷枪距TC17合金250-350mm，采用直径尺寸为0.5-0.7mm的铸钢弹丸对TC17合金表面进行喷丸处理；(2)将喷丸处理后的TC17合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(3)依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的SiC水砂纸对所述TC4合金进行逐级打磨；然后，将打磨后的TC4合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(4)将所述TC17合金的喷丸面与TC4合金研磨表面紧密贴合在一起，并置入热模拟试验机中，抽取真空；(5)当真空度达到5×10-3Pa-5×10-1Pa时，先以4-6℃·s-1的速率升温至650-720℃后，再以1-3℃·s-1的速率升温至750-820℃，保温3-5min使得试件受热均匀，然后设定连接压力为15-25MPa，保持恒温加压10-30min后卸压降温，最终，将连接后的合金试件空冷至室温。进一步的，所述步骤(1)中所述喷丸处理的空气压力为0.25-0.45MPa，喷丸时间为20-60min。进一步的，所述的步骤(1)之后还包括将喷丸处理后的TC17合金加工成连接试件的步骤，并留有TC17合金的喷丸面；同时，所述步骤(2)之后还包括将TC4合金也加工成连接试件的步骤，之后进行所述TC4合金试件进行逐级打磨。进一步的，所述的TC17合金连接试件的加工成尺寸为Ф8-14mm×6-10.5mm，是在Ф8-14mm的圆形连接试件面上保留有TC17合金的喷丸面。进一步的，所述TC4合金连接试件的加工成尺寸为Ф8-14mm×6-10.5mm，此时所述Ф8-14mm的圆形连接试件面为TC4合金研磨表面。进一步的，所述步骤(4)中的热模拟试验机的型号为美国DSI公司生产的Gleeble-3500。本专利技术具有以下有益的技术效果：本方法对TC17合金进行喷丸处理，获得表层纳米晶TC17合金，并与TC4合金固态连接，TC17合金表层纳米结构可以为固态连接界面处的原子扩散提供更多的扩散通道，促进异质钛合金连接接头的冶金结合，进而获得高性能表层自纳米化TC17合金与TC4合金接头。经测试，利用本方法得到的连接接头组织致密无缺陷，接头的室温剪切强度为672～789MPa，达到了TC4合金母材室温剪切强度(720MPa)的93％～110％。同时，恒温恒压时间即为连接时间由4h缩短至10-30min。附图说明图1为本专利技术实施例2中TC17合金连接试件的取样示意图；图2为本专利技术实施例2中TC17合金与TC4合金连接试件的装配示意图；图3为本专利技术方法中固态连接前TC17合金与TC4合金微观组织照片，其中图3(a)为供应态TC17合金光镜照片；图3(b)为供应态TC4合金光镜照片；图4为本专利技术方法中表面喷丸处理后TC17合金微观组织照片，其中图4(a)为表面喷丸处理后纵截面扫描电镜照片；图4(b)为表面喷丸处理后TC17合金最表层透射电镜选区电子衍射照片；图5为本专利技术方法实施例2得到的表层自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接接头扫描电镜照片；图6为本专利技术方法实施例3得到的表层自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接接头扫描电镜照片；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述，所述是对本专利技术的解释而不是限定。下面给出具体的实施例。实施例1：一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法，包括以下步骤：(1)将TC17合金放入喷丸室中，并调整喷枪距TC17合金250-350mm，采用直径尺寸为0.5-0.7mm的铸钢弹丸对TC17合金表面进行喷丸处理；所述喷丸处理的空气压力为0.25-0.45MPa，喷丸时间为20-60min；(2)将喷丸处理后的TC17合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(3)依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的SiC水砂纸对所述TC4合金进行逐级打磨；然后，将打磨后的TC4合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(4)将所述TC17合金的喷丸面与TC4合金研磨表面紧密贴合在一起，并置入热模拟试验机中，抽取真空；(5)当真空度达到5×10-3Pa-5×10-1Pa时，先以4-6℃·s-1的速率升温至650-720℃后，再以1-3℃·s-1的速率升温至750-820℃，保温3-5min使得试件受热均匀，然后设定连接压力为15-25MPa，保持恒温加压10-30min后卸压降温，最终，将连接后的合金试件空冷至室温。实施例2：与实施例1相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将TC17合金放入喷丸室中，并调整喷枪距TC17合金250‑350mm，采用直径尺寸为0.5‑0.7mm的铸钢弹丸对TC17合金表面进行喷丸处理；(2)将喷丸处理后的TC17合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15‑25min后，用吹风机吹干备用；(3)依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的SiC水砂纸对所述TC4合金进行逐级打磨；然后，将打磨后的TC4合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15‑25min后，用吹风机吹干备用；(4)将所述TC17合金的喷丸面与TC4合金研磨表面紧密贴合在一起，并置入热模拟试验机中，抽取真空；(5)当真空度达到5×10

【技术特征摘要】
1.一种表面自纳米化TC17合金与TC4合金的固态连接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将TC17合金放入喷丸室中，并调整喷枪距TC17合金250-350mm，采用直径尺寸为0.5-0.7mm的铸钢弹丸对TC17合金表面进行喷丸处理；(2)将喷丸处理后的TC17合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(3)依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的SiC水砂纸对所述TC4合金进行逐级打磨；然后，将打磨后的TC4合金放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗15-25min后，用吹风机吹干备用；(4)将所述TC17合金的喷丸面与TC4合金研磨表面紧密贴合在一起，并置入热模拟试验机中，抽取真空；(5)当真空度达到5×10-3Pa-5×10-1Pa时，先以4-6℃·s-1的速率升温至650-720℃后，再以1-3℃·s-1的速率升温至750-820℃，保温3-5min使得试件受热均匀，然后设定连接压力为15-25MPa，保持恒温加压10-30min后卸压降温，最终，将连接后的合金试件空冷至室温。2.如权利要求1所述的表面自纳米化TC17合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼泉，孙利星，李莲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61