钛基钎料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钛基钎料的制备方法，其步骤包括按照所述质量百分数称取原材料并将原材料进行熔化得到熔融体，然后采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后将所述合金微粉与Si3N4颗粒混合并进行真空球磨处理得到钛基钎料。本发明专利技术还提供一种由所述的制备方法制得的钛基钎料，所述钛基钎料中颗粒尺寸小于200目的颗粒占所述钛基钎料质量百分数大于等于44.7%。所述钛基钎料能增加钎料的填充性能，进而改善了钎焊层与TiAl合金基体间的润湿性和结合强度。

Titanium-based solder and its preparation method

The invention provides a preparation method of titanium-based solder, which comprises the steps of weighing raw materials according to the mass percentage and melting raw materials to obtain a melt, then atomizing the melt to obtain alloy powder by using air-spray water-cooled atomization process, and then mixing the alloy powder with Si3N4 particles and vacuum ball milling to obtain titanium-based solder. Material. The invention also provides a titanium-based solder prepared by the preparation method. The particle size of the titanium-based solder is less than 200 mesh, which accounts for more than 44.7% of the mass of the titanium-based solder. The titanium-based filler metal can increase filling performance of the filler metal, thereby improving wettability and bonding strength between the brazing layer and the TiAl alloy matrix.

【技术实现步骤摘要】
钛基钎料及其制备方法
本专利技术涉及钎焊材料
，具体的说，涉及了一种钛基钎料及其制备方法。
技术介绍
TiAl合金作为一种轻质高温结构材料，可以代替目前航空航天及民用工业常用的镍基高温合金、耐热钢及钛合金。由于其具有优异的高温综合性能，特别适合制造先进发动机的压气机叶片和喷管中的相关部件。然而TiAl合金的本质脆性使其难于进行室温压力加工，从而限制了该合金的大范围应用。实现TiAl合金自身及其与其他材料的可靠连接对于推进TiAl合金在航空航天领域的进一步应用有着重要的作用。目前TiAl合金连接以钎焊为主，但普遍存在着钎焊接头易形成微裂纹或钎缝中连续的银基等固溶体组织强度较低，且其与TiAl母材的线膨胀系数差异较大等缺陷，从而导致了钎焊接头强度不高为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
由鉴于此，本专利技术确有必要提供一种钛基钎料及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种制备钛基钎料的方法，其步骤包括：（1）称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为7nm～58nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的4%～9.7%；（2）将称取的Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数计为Cu4.0%～13.0%、Zr22%～38%、Co4%～13%、Fe2%～7%，其余为Ti时，得到熔融体；（3）采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述Si3N4颗粒并在真空条件下进行球磨混合20min～45min，制得钛基钎料。基于上述，所述步骤（3）中将所述熔融体进行雾化制粉时的雾化压力为0.7MPa～1.2MPa，雾化喷嘴直径为10mm～27mm。需要说明的是，采用气雾水冷雾化制粉方法将所述熔融体进行雾化制粉过程中，所用到的制粉装置为该制粉通用的设备，包括盛料桶、冷取塔、喷嘴模具、浇口杯、中间包、高压管道和氩气瓶；所述盛料桶与所述冷取塔连通并且内部均盛有水，所述氩气瓶通过所述高压管道与所述喷嘴模具相连接，所述喷嘴模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具中部均开设有直径为10mm～27mm的雾化喷嘴，所述浇口杯与位于所述上模具表面的雾化喷嘴相连接，所述下模具上还设置有高压气体流通槽，该高压气体流通槽与位于所述下模具表面的雾化喷嘴相连接。本专利技术还提供一种由所述的制备方法制得的钛基钎料，它包括所述合金微粉和所述Si3N4颗粒，所述合金微粉由以下质量百分数的元素组成：Cu4.0%～13.0%、Zr22%～38%、Co4%～13%、Fe2%～7%，其余为Ti；其中，所述钛基钎料中颗粒尺寸小于200目的颗粒占所述钛基钎料的质量百分数大于等于44.7%。本专利技术提供的微米颗粒增强特高温耐磨钎焊条中各元素的作用如下：Cu是可以与钛具有强烈合金化作用的元素，能够在短时间内扩散到钛基体金属中形成扩散层，得到高强度钎焊层。Co和Fe元素可与提高钎料的非晶形成能力，降低钛合金的共析转变速度，降低钎焊接头脆性，提高钎焊接头强度。而钎焊过程中纳米Si3N4颗粒与液相钎料中的活性Ti元素反应生成亚微米级别的TiN和Ti5Si3两种化合物，从而增加了形核率，提高了钎焊接头的强度。更重要的是，该钛基钎料是采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉得到的，避免了通过浇铸方法中生成脆性金属间化合物或共晶物现象，且由高压气流产生的动能是熔融体雾化并急速水冷，改善了铸态组织的形貌，使得晶粒组织较为均匀，该钛基钎料的宏观颗粒基本呈现球形、橄榄球形，从而增加钎料的填充性能，进而改善了钎焊层与TiAl合金基体间的润湿性和结合强度。试验证明，利用本专利技术提供的钛基钎料钎焊厚度为2.2mm～4.3mm的钎焊接头的常温抗拉强度可达310MPa～392MPa。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供了一种制备钛基钎料的方法，其步骤包括：（1）称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为58nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的9.7%；（2）将称取的Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数计为Cu13.0%、Zr38%、Co13%、Fe7%，其余为Ti时，得到熔融体；（3）采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述Si3N4颗粒并在真空条件下进行球磨混合45min，制得钛基钎料。其中，将所述熔融体进行雾化制粉时的雾化压力为0.7MPa，雾化喷嘴直径为10mm。本实施例还提供一种由所述的制备方法制得的钛基钎料，它包括所述合金微粉和所述Si3N4颗粒；所述合金微粉由以下质量百分数的元素组成：Cu13.0%、Zr38%、Co13%、Fe7%，其余为Ti；其中，所述钛基钎料中颗粒尺寸小于200目的颗粒占所述钛基钎料的质量百分数为44.7%。钎焊接头性能测试：采用本实施例提供的钛基钎料将两段TiAl合金标准拉伸试样在真空炉中钎焊成拉伸试样，通过抗拉强度来评价钎焊层与TiAl合金基体的结合性能。经测试，利用本实施例提供的钛基钎料在TiAl合金基体上制备的厚度为4.3mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到392MPa。实施例2本实施例提供一种制备纳米颗粒掺杂钛基钎料的方法，其步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：本实施例中所述步骤（1）为：称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为10nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的4%；所述步骤（2）为：将称取的Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数计为Cu4.0%、Zr22%、Co4%、Fe2%，其余为Ti时，得到熔融体；所述步骤（3）中对所述熔融体进行雾化制粉时的雾化压力为1.2MPa，雾化喷嘴直径为27mm。本实施例还提供一种由所述的制备方法制得的钛基钎料，它包括所述合金微粉和所述Si3N4颗粒，所述合金微粉由以下质量百分数的元素组成：Cu4.0%、Zr22%、Co4%、Fe2%，其余为Ti；其中，所述钛基钎料中颗粒尺寸小于200目的颗粒占所述钛基钎料的质量百分数为45%。采用与实施例1相同的性能测试方法，测得由本实施例提供的钛基钎料在TiAl合金基体上制备的厚度为2.7mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到310MPa。实施例3本实施例提供一种制备纳米颗粒掺杂钛基钎料的方法，其步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：本实施例中所述步骤（1）为：称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为58nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的5.5%；所述步骤（2）为：将称取的Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钛基钎料的方法，其步骤包括：（1）称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为7 nm～58 nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的4%～9.7%；（2）将称取的Cu粉、Zr粉、Co 粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数计为Cu 4.0%～13.0%、Zr 22%～38%、Co 4%～13%、Fe 2%～7%，其余为Ti时，得到熔融体；（3）采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述Si3N4颗粒并在真空条件下进行球磨混合20min～45min，制得钛基钎料。

【技术特征摘要】
1.一种制备钛基钎料的方法，其步骤包括：（1）称取原材料Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉，并称取平均颗粒尺寸为7nm～58nm的Si3N4颗粒；所述Si3N4颗粒的质量占所述钛基钎料总质量的4%～9.7%；（2）将称取的Cu粉、Zr粉、Co粉、Fe粉和Ti粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔炼钛液，当钛液元素成分以质量百分数计为Cu4.0%～13.0%、Zr22%～38%、Co4%～13%、Fe2%～7%，其余为Ti时，得到熔融体；（3）采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述Si3N4颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：计富宝，武亚楠，
申请(专利权)人：河南智联寰宇知识产权运营有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41