一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料及其制备方法。本发明专利技术的共晶高熵合金钎料为Al

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及焊接材料
，具体而言，尤其涉及一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有高强度、高韧性、高耐蚀性、低热导率以及低密度等优良特性，广泛应用于航空航天、能源化工等领域。但钛合金熔炼加工难度较大，价格较为昂贵。而不锈钢具有优异的耐蚀性、较好的综合力学性能以及低廉的价格，在工业上得到广泛应用。因此钛或钛合金与不锈钢的高质量接头以其相对较低的成本、较高的耐蚀性以及良好的机械性能在核工业、石油化工和航空航天领域有着广阔的应用前景。但钛合金与不锈钢异种金属之间极差的冶金相容性，极易形成脆性的Ti
‑
Fe金属间化合物严重劣化接头性能。
[0003]真空钎焊是一种常用的异种金属焊接方法，可实现高精度、小变形的异种材料连接。在真空钎焊工艺中，钎料的种类以及钎料形态的设计是实现高质量接头的重要环节。在钎料中成分占比最高的合金组元被称为基本组元，用于钛/钢真空钎焊的钎料常选用一种或两种核心元素作为基本组元，通过添加少量合金化元素来实现钎料性能的调控。
[0004]目前钛/钢钎真空焊中主要使用与母材冶金相容性较好的Ag或Ti作为基本组元，通过添加其他少量元素制备银基钎料以及钛基钎料。但是银基钎料其成本较高且接头耐蚀性差，钛基钎料易于产生Ti
‑
Fe脆性金属间化合物降低钎缝性能。由此可见以单一核心元素作为基本组元的钎料在实现钛/钢异种金属高性能真空钎焊接头的研发中还存在一些不足。
[0005]高熵合金是一种利用多主元合金体系的高混合熵制备的具有简单固溶体结构的合金，具有结构稳定、耐蚀性好和高温力学性能稳定的优点。
[0006]因此，有必要研发一种利用高熵合金的高熵效应制备的钎料，用以减少金属间化合物的形成，并通过多组元协同作用实现钛及钛合金与不锈钢异种金属接头的高效连接。

技术实现思路

[0007]根据上述提出的技术问题，而提供一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料及其制备方法。本专利技术的Al
x
CoCrCuNi
1+x
共晶高熵合金钎料具有流动性、润湿性好，组织成份稳定，焊接接头脆性金属间化合物少等优点，尤其适用于真空钎焊钛及钛合金与不锈钢。
[0008]本专利技术采用的技术手段如下：
[0009]一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料，所述钎料为Al
x
CoCrCuNi
1+x
共晶高熵合金钎料，按照原子百分比由以下原料组分构成：
[0010]Al为10％～20％、Co为10％～20％、Cr为10％～20％、Cu为10％～20％、Ni为25％～35％，以上各组分原子百分比之和为100％。其中，x代表Al与Co、Cr、Cu元素的摩尔比，即
Al:Co:Cr:Cu:Ni的摩尔比为x:1:1:1:(1+x)，x在0.5～1.5之间。
[0011]进一步地，所述Al、Co、Cr、Cu和Ni为纯度99.99％的纯金属颗粒。
[0012]本专利技术还公开了上述用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料的制备方法，包括如下步骤，
[0013]步骤1：将高纯金属原料置于99.5％的无水乙醇溶液中使用超声清洗机进行超声清洗并干燥备用；
[0014]步骤2：使用精度为0.001g的电子天平，按原子百分比分别称取以下组分原料：Al为10％～20％、Co为10％～20％、Cr为10％～20％、Cu为10％～20％、Ni为25％～35％，以上各组分原子百分比之和为100％；
[0015]步骤3：步骤2中的原料按照熔点由低到高的顺序，将Al、Cu、Ni、Co、Cr原料依次放入真空电弧熔炼炉的坩埚A中，在真空熔炼炉坩埚B中置入纯钛块；
[0016]步骤4：将真空电弧熔炼炉抽真空，向炉腔内充入高纯氩气，在坩埚B中对步骤3放置的纯钛块使用电弧熔炼，以去除炉内残余氧气，之后对坩埚A中样品进行熔炼，得到共晶高熵合金纽扣锭；
[0017]步骤5：应用单辊快速凝固装置将步骤4得到的共晶高熵合金纽扣锭制备成合金钎料箔带。
[0018]进一步地，高纯金属原料的纯度均为99.99wt％以上。
[0019]进一步地，步骤4中，抽真空环境为5
×
10
‑3Pa以下。
[0020]进一步地，步骤4中，坩埚B中放置的纯钛块使用电弧熔炼，采用的电弧电流为100
‑
120A，持续时间15
‑
30s。
[0021]进一步地，步骤4中，坩埚A中样品熔炼的电流范围150A
‑
200A，每个样品至少重复熔炼5次。
[0022]进一步地，步骤5中单辊快速凝固装置的辊轮转速10
‑
30m/s，制得箔带厚度约为30
‑
100μm。
[0023]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]1、针对现有的单相固溶体合金存在流动性差、铸造性能差、偏析严重等缺陷，设计制备Al
x
CoCrCuNi
1+x
共晶高熵合金钎料。共晶高熵合金具有共晶合金流动性好、铸造性能优异的优点，便于钎料箔带的制备；
[0025]2、本专利技术的共晶高熵合金钎料属于多主元合金，为了使高熵合金的组织为共晶组织，采用AlNi和CoCrNi伪二元组配，同时加入Cu元素提高合金性能，所设计出的钎料组织为双相固溶体结构，组织成分均匀。多主元合金的高混合熵可有效改善接头界面冶金反应，抑制焊缝内脆性金属间化合物的生成；
[0026]3、本专利技术的Al
x
CoCrCuNi
1+x
钎料中Cu元素的添加可以在高熵合金制备过程中缓释AlNi
‑
CoCrNi两组元间的应力，有效提高合金塑性，增强钎料成形能力；
[0027]4、本专利技术的共晶高熵合金钎料熔点明显高于常用的Ag基、Al基和Ti
‑
Cu基钎料，可有效提升钛/钢真空钎焊接头高温服役性能。
[0028]综上，本专利技术提供的上述钎料合金设计理念可以广泛应用于异种金属焊接钎料的制备。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为Al
1.0
CoCrCuNi
2.0
高熵合金的XRD图谱。
[0031]图2为Al
1.0
CoCrCuNi
2.0
高熵合金的DSC曲线。
[0032]图3为根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料，其特征在于，所述钎料为Al
x
CoCrCuNi
1+x
共晶高熵合金钎料，按照原子百分比由以下原料组分构成：Al为10％～20％、Co为10％～20％、Cr为10％～20％、Cu为10％～20％、Ni为25％～35％，以上各组分原子百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料，其特征在于，所述Al、Co、Cr、Cu和Ni为纯度99.99％的纯金属颗粒。3.一种如权利要求1或2所述的用于钛及钛合金与不锈钢钎焊的共晶高熵合金钎料的制备方法，其特征在于包括如下步骤，步骤1：将高纯金属原料置于99.5％的无水乙醇溶液中使用超声清洗机进行超声清洗并干燥备用；步骤2：使用精度为0.001g的电子天平，按原子百分比分别称取以下组分原料：Al为10％～20％、Co为10％～20％、Cr为10％～20％、Cu为10％～20％、Ni为25％～35％，以上各组分原子百分比之和为100％；步骤3：步骤2中的原料按照熔点由低到高的顺序，将Al、Cu、Ni、Co、Cr原料依次放入真空电弧熔炼炉的坩埚A中，在真空熔炼炉坩埚B中置入纯钛块；步骤4：将真空电弧熔炼炉抽真空，向炉腔内充入高纯氩气，在坩埚B中对步骤3放置的纯钛块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，董红刚，李超，孙浩田，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：