一种表面蜂窝化改性辅助钎焊C制造技术

本发明专利技术提供了一种表面蜂窝化改性辅助钎焊C

【技术实现步骤摘要】
一种表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法
本专利技术涉及异种材料连接
，尤其涉及一种表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法。
技术介绍
Cf/SiC复合材料具有低密度、热膨胀系数小、耐高温、耐烧蚀、吸震性能好、高弹性模量等优点，在航空航天发动机、火箭推力室等高温领域有广泛的应用前景。然而在实际的应用中，Cf/SiC复合材料往往需要和金属进行连接。用于连接Cf/SiC复合材料和金属的连接技术有活性钎焊、扩散焊、机械连接以及粘结等技术。其中，活性钎焊因其连接方法简单、适用性高、无需施加压力、密封性好等优点成为连接Cf/SiC复合材料和金属广泛采用的连接技术。目前，已经有不少关于Cf/SiC复合材料和金属活性钎焊的报道，但Cf/SiC复合材料和金属接头存在力学性能偏低的问题，严重限制了Cf/SiC复合材料的推广应用。Cf/SiC复合材料与连接层的界面强度是影响接头力学性能最重要的因素，为提高Cf/SiC复合材料与连接层的界面强度，需要对Cf/SiC复合材料表面改性处理。如航天材料及工艺研究所的李海刚等人采用激光对Cf/SiC复合材料表面进行毛化改性处理[李海刚等，宇航材料工艺，2017，(1):42-46.]，然后采用AgCuTi活性钎焊激光毛化后的Cf/SiC复合材料和TC4合金，结果表明钎料能够填充激光毛化微孔并发生反应形成“锥钉”型界面，有效地提高了接头力学性能，接头最高剪切强度为85.7MPa，比未激光毛化处理的接头剪切强度高25.5％；西班牙学者X.Hernandez等在Cf/SiC复合材料表面进行机械钻孔[X.Hernandez，C.Jiménez，JournalofMaterialsEngineeringandPerformance，2014，23(8):3069-3076]，接头剪切试验结果表明Cf/SiC复合材料表面钻孔后断裂发生在Cf/SiC复合材料内部，而非Cf/SiC复合材料和连接层的界面处，相比于Cf/SiC复合材料表面未机械钻孔的接头，Cf/SiC复合材料表面钻孔后接头剪切强度提高了数倍，但接头力学性能仍然较低。综上所述，Cf/SiC复合材料表面改性后，能有效提高Cf/SiC复合材料和连接层界面的强度，从而使接头力学性能得到大幅度提高，但激光毛化和机械钻孔成本高、工艺复杂，难以实际应用。因此，有必要研究一种表面蜂窝化改性技术辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题,获得具有高强度的Cf/SiC复合材料和金属接头，促进Cf/SiC复合材料的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，工艺方法简单，成本低，适应性高，能够有效提高Cf/SiC复合材料和金属接头力学性能和可靠性。本专利技术提供一种表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：S1、对Cf/SiC复合材料和金属的待焊接表面进行预处理；S2、对预处理后的Cf/SiC复合材料进行加热氧化，使其表面的碳纤维氧化分解，得到表面蜂窝化改性的Cf/SiC复合材料；S3、将表面蜂窝化改性的Cf/SiC复合材料、钎料和金属装配成待焊件，在真空状态下加热焊接，完成Cf/SiC复合材料与金属的钎焊。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中加热氧化具体为空气环境下加热氧化。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，氧化温度为600～800℃，氧化时间为1～30min。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中加热焊接的过程包括：在真空度小于5×10-3Pa的环境下进行钎焊，钎焊温度为800～1200℃，保温时间为1～30min，然后随炉冷却。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，钎焊温度的升温速率为10～15℃/min。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中的预处理包括：先对Cf/SiC复合材料和金属的待焊接表面进行打磨，在置于无水乙醇中进行清洗，然后进行干燥。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中的钎料为粉末活性钎料或复合粉末活性钎料。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述粉末活性钎料为CuTi、AgCuTi、AgTi、TiZrBe、TiZrCuNi、TiNiNb或TiNi。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述复合粉末活性钎料具体为在粉末活性钎料中添加了第二相的复合料；所述第二相为石墨、金刚石、氧化铝、SiC、TiC、Ni、W、Mo或Nb。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中的金属为不锈钢、高温合金、钛合金、铌合金、铜合金或钼合金。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：本专利技术利用Cf/SiC复合材料中碳纤维在高温下易氧化的特点，在马弗炉中空气环境下加热Cf/SiC复合材料，使其表面的碳纤维氧化分解，得到具有密集孔隙的蜂窝状待焊表面；钎焊过程中，液相钎料在毛细作用下渗入复合材料表面的孔隙中并与复合材料反应实现冶金结合，渗入孔隙中的钎料不仅增加了反应层和复合材料的界面接触面积，还起到“钉扎作用”，因此有效地提高了Cf/SiC复合材料和金属接头力学性能和可靠性；本专利技术具有工艺方法简单，成本低，适应性高，所得Cf/SiC复合材料与不锈钢接头室温剪切强度最高可达158MPa，是直接钎焊接头剪切强度的2倍左右。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术一个实施例提供的表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例提供的表面蜂窝化Cf/SiC复合材料与不锈钢接头组织扫描电镜图像；图3是本专利技术一个实施例提供的Cf/SiC复合材料与连接层具有“钉扎作用”的界面图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面蜂窝化改性辅助钎焊C

【技术特征摘要】
1.一种表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
S1、对Cf/SiC复合材料和金属的待焊接表面进行预处理；
S2、对预处理后的Cf/SiC复合材料进行加热氧化，使其表面的碳纤维氧化分解，得到表面蜂窝化改性的Cf/SiC复合材料；
S3、将表面蜂窝化改性的Cf/SiC复合材料、钎料和金属装配成待焊件，在真空状态下加热焊接，完成Cf/SiC复合材料与金属的钎焊。


2.根据权利要求1所述的表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，其特征在于，步骤S2中加热氧化具体为空气环境下加热氧化。


3.根据权利要求2所述的表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，其特征在于，氧化温度为600～800℃，氧化时间为1～30min。


4.根据权利要求1所述的表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属的方法，其特征在于，步骤S3中加热焊接的过程包括：在真空度小于5×10-3Pa的环境下进行钎焊，钎焊温度为800～1200℃，保温时间为1～30min，然后随炉冷却。


5.根据权利要求4所述的表面蜂窝化改性辅助钎焊Cf/SiC复合材料与金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄继华，王永雷，王万里，叶政，杨健，陈树海，赵兴科，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11