一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，它先C/C复合材料进行表面处理，将高熵合金AlCoCrFeNi

【技术实现步骤摘要】
一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法
本专利技术涉及钎焊领域，具体涉及一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法。
技术介绍
C/C复合材料具有优良的高温稳定性和耐腐蚀能力，是唯一一种可以应用在2500℃以上的结构材料。另外，C/C复合材料密度低、比强度大、比模量高，具有优良的传热性能和耐磨损性能，被广泛应用于航空航天等工业领域。例如机翼前缘、涡轮发动机部件、飞机前罩体和刹车片，以及轴承、密封环等精密耐磨部件。为了满足在不同工况下的服役需要，通常需要C/C复合材料的自身连接，以获得不同尺寸及复杂结构的C/C复合材料。目前，用于C/C复合材料的连接的钎料仍以Ag基、Ni基和Ti基为主，依靠钎料中的活性元素实现C/C复合材料的润湿和可靠连接。但是，目前所采用的钎料具有线膨胀系数大以及高温力学性能不足的显著特点，亟待开发一种采用热膨胀系数较小且高温性能优良的钎料连接C/C的方法。在AlCoCrFeNi2.1高熵合金中，Ni和Cr元素对C基材料具有较好的润湿性，并且相较于上述传统钎料，高熵合金有较小热膨胀系数和高温力学性能，采用高熵合金连接C/C复合材料将有效缓解接头参与应力和提升接头高温强度。
技术实现思路
本专利技术提供一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，目的在于改善目前用于钎焊C/C复合材料难润湿、残余应力大、接头高温力学性能差的难题，获得可靠的C/C复合材料焊接接头。本专利技术所采用的具体技术方案如下：所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：1）将待钎焊的C/C复合材料进行表面处理，即对C/C复合材料表面进行打磨、清洗、干燥的处理；2）将步骤1）表面处理后的C/C复合材料堆放在石墨模具中，两块C/C复合材料中间放置一片高熵合金钎料箔片，形成一个焊接组件；在每个焊接组件上放置钼块进行压重，使两块C/C复合材料与其中间的高熵合金钎料箔片紧密接触，然后一并转移至真空钎焊炉中；3）将步骤2）所得放入真空钎焊炉中的焊接组件进行加热活化处理，使两块C/C复合材料的待焊面之间通过高熵合金钎料箔片发生连接，随后降温冷却，最终制得采用高熵合金钎焊连接的C/C复合材料。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤1）中，待钎焊的C/C复合材料进行表面处理的过程为：采用砂纸打磨C/C复合材料的待焊面，随后置于抛光机上，用粒径为1μm的金刚石悬浮液进行抛光至无痕，然后置于丙酮中超声清洗，最后进行干燥即表面处理完成。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤2）中，所述高熵合金钎料箔片为AlCoCrFeNix，高熵合金中各元素原子比为Al:Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1:2.1。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于高熵合金钎料箔片AlCoCrFeNi2.1的制备方法，步骤如下：S1：根据高熵合金AlCoCrFeNi2.1中各金属原料的原子比，将各金属原料粉末按照配比混合在一起，形成粉末原料；S2：将步骤S1中得到的粉末原料悬浮熔炼，制成钎料合金铸锭；S3：利用线切割将钎料合金铸锭切割为薄片；S4：将薄片手工打磨，得到高熵合金钎料箔片AlCoCrFeNi2.1。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤S2中将粉末原料熔炼成钎料合金铸锭后，再反复熔炼3~5次，获得成分均匀的钎料合金铸锭；步骤S2中，熔炼温度为1300~1400℃，优选为1350℃。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤S3中，钎料合金铸锭切割为0.2~0.4mm厚的薄片，以便有利于后期的打磨和减薄过程；步骤S4中，将薄片用SiC砂纸打磨至2000#，以清除薄片所有表面的切割痕和氧化膜，并减薄至60μm-80μm厚，最终得到高熵合金钎料箔片AlCoCrFeNix。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤3）中，加热活化处理的过程为：首先从室温以10~20℃/min的升温速率升温至250~350℃，保温8~15min；再以10~20℃/min的速度升温到1150~1250℃，保温8~15min；然后以8~12℃/min速度升温至钎焊温度，保温一定时间；最后以8~12℃/min速度降温至250~350℃后，随炉自然冷却到室温。所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于所述钎焊温度为1350~1440℃，优选为1410~1440℃，升温至钎焊温度后的保温时间是8~15min。高熵合金作为一种新型结构材料，具有高温稳定性强、硬度高、耐腐蚀性强等优良特性。其中双相高熵合金由FCC和BCC相组成，同时具备良好的塑性和强度。此外，高熵合金中BCC相具有较小的热膨胀系数，有利于缓解材料间热膨胀系数不匹配引起较大残余应力的难题。故本专利技术采用双相高熵合金钎焊连接C/C复合材料，有利于缓解接头的残余应力以及提高接头的高温使用性能。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：1）本专利技术实施例中采用AlCoCrFeNi2.1高熵合金作为钎料，通过Ni元素对C/C复合材料的润湿作用以及钎料和母材之前强烈的溶解、扩散反应，实现了对C/C复合材料的良好润湿。材料界面没有形成连续M7C3反应层，打破了传统活性钎焊中通过反应层实现润湿的现象。2)由于M7C3和BCC相具有较小的热膨胀系数，故在焊接过程中，焊缝中M7C3的生成以及BCC相的增多，有利于缓解接头的残余应力。此外，本专利技术中获得的接头中存在石墨和金属相混杂的复合结构，可以实现母材到焊缝之间CTE的平滑过渡，有效降低接头和母材的残余应力。3）AlCoCrFeNi2.1高熵合金高温性能优异，在700℃仍具有500MPa的屈服强度，所以采用高熵合金可以在有利于提高C/C复合材料接头的高温强度。附图说明图1为实施例1中利用AlCoCrFeNi2.1高熵合金钎焊C/C复合材料的接头微观组织形貌。图2为实施例4中利用AlCoCrFeNi2.1高熵合金钎焊C/C复合材料的接头微观组织形貌。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1采用AlCoCrFeNi2.1高熵合金钎焊C/C复合材料的方法，步骤如下：1）依次采用800#、2000#SiC砂纸将待钎焊的C/C复合材料表面进行逐级打磨，并置于抛光机上，用粒径为1μm的金刚石悬浮液进行抛光至无痕，然后置于丙酮中超声清洗，最后进行干燥即表面处理完成；2）根据AlCoCrFeNi2.1高熵合金中各金属原料的原子比，将各金属原料粉末按照配比混合在一起，形成粉末原料；将粉末原料在1350℃温度下进行悬浮熔炼，将粉末原料熔炼成钎料合金铸锭后，再反复熔炼4次，制成成分均匀的钎料合金铸锭；3）利用线切割将步骤2）所得钎料合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）将待钎焊的C/C复合材料进行表面处理，即对C/C复合材料表面进行打磨、清洗、干燥的处理；/n2）将步骤1）表面处理后的C/C复合材料堆放在石墨模具中，两块C/C复合材料中间放置一片高熵合金钎料箔片，形成一个焊接组件；在每个焊接组件上放置钼块进行压重，使两块C/C复合材料与其中间的高熵合金钎料箔片紧密接触，然后一并转移至真空钎焊炉中；/n3）将步骤2）所得放入真空钎焊炉中的焊接组件进行加热活化处理，使两块C/C复合材料的待焊面之间通过高熵合金钎料箔片发生连接，随后降温冷却，最终制得采用高熵合金钎焊连接的C/C复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将待钎焊的C/C复合材料进行表面处理，即对C/C复合材料表面进行打磨、清洗、干燥的处理；
2）将步骤1）表面处理后的C/C复合材料堆放在石墨模具中，两块C/C复合材料中间放置一片高熵合金钎料箔片，形成一个焊接组件；在每个焊接组件上放置钼块进行压重，使两块C/C复合材料与其中间的高熵合金钎料箔片紧密接触，然后一并转移至真空钎焊炉中；
3）将步骤2）所得放入真空钎焊炉中的焊接组件进行加热活化处理，使两块C/C复合材料的待焊面之间通过高熵合金钎料箔片发生连接，随后降温冷却，最终制得采用高熵合金钎焊连接的C/C复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤1）中，待钎焊的C/C复合材料进行表面处理的过程为：采用砂纸打磨C/C复合材料的待焊面，随后置于抛光机上，用粒径为1μm的金刚石悬浮液进行抛光至无痕，然后置于丙酮中超声清洗，最后进行干燥即表面处理完成。


3.根据权利要求1所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤2）中，所述高熵合金钎料箔片为AlCoCrFeNix，高熵合金中各元素原子比为Al:Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1:2.1。


4.根据权利要求3所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，其特征在于所述高熵合金钎料箔片AlCoCrFeNix的制备方法，步骤如下：
S1：根据高熵合金AlCoCrFeNix中各金属原料的原子比，将各金属原料粉末按照配比混合在一起，形成粉末原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳明，徐海涛，朱先帅，张成胤，杨建国，周正强，石磊，刘玉章，李华鑫，闾川阳，郑文建，马英鹤，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33