一种采用Ti-Nb合金作中间层的扩散焊方法技术

本发明专利技术是一种采用Ti

【技术实现步骤摘要】
一种采用Ti
‑
Nb合金作中间层的扩散焊方法


[0001]本专利技术是一种采用Ti
‑
Nb合金作中间层的扩散焊方法，属于焊接


技术介绍

[0002]钛铝金属间化合物具有密度低，比强度、比刚度高，良好的抗氧化性，抗蠕变、抗疲劳性能好等优点，是最具潜力的航空航天用轻质高温结构材料之一。在钛铝金属间化合物中，TiAl合金、Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金的研究受到重视，TiAl合金的工作温度可以达到760℃～850℃，Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金的工作温度可以达到700℃。与普通钛合金相比，TiAl合金、Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金可以在更高的温度下服役；与高温合金相比，它们有较低的密度，大约是高温合金的一半，应用在航空航天领域，可以得到大幅的减重效果，应用在汽车工业领域，可以实现零部件的轻量化设计与制造。但从成本和工艺可靠性上来讲，某些零部件整体采用TiAl合金来制备的难度很大，目前的TiAl合金室温塑性较低，变形能力较差，而相对来说，Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金的可加工性较好。如果能够实现TiAl合金与Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金的良好连接，TiAl合金用在工作温度较高的部位，Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金用在服役温度较低，但对强度、综合力学性能要求较高的部位，就可以发挥两种材料各自的性能优势。比如航空发动机中的整体叶盘，就可以采用TiAl合金制作叶片，采用Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金制作盘件，但这首先要解决两种材料的异种连接问题，在连接方法中，扩散焊优先考虑的方法之一，因为可以获得较高的接头强度。
[0003]目前已有关于TiAl合金与Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金异种扩散焊连接及其自身扩散焊的研究报道。有研究人员进行了TiAl合金与Ti2AlNb合金的无中间层扩散焊研究，连接区域形成了Al(Nb,Ti)2和α2‑
Ti3Al等化合物，接头室温剪切强度为260MPa，有待提高(J.Y.Zou,et al.Diffusion bonding of dissimilar intermetallic alloys based on Ti2AlNb and TiAl[J].Journal of Materials Science and Technology,2009,25:819
–
824.)。专利(CN 101176946A)公布了一种真空扩散连接TiAl金属间化合物的方法，是采用置氢钛或钛合金箔片作为中间层，来实现TiAl金属间化合物的扩散连接，中间层箔片厚度30μm～100μm，置氢钛的氢含量为0.2～0.5wt.％，在权利要求书中未给出焊接参数。其所述钛合金应为常规钛合金，在实施例部分，其给出了以置氢TC4钛合金箔片、置氢Ti600钛合金箔片作为中间层，进行TiAl金属间化合物自身及其与其它材料扩散连接的试验方案。专利(CN106808079A)专利技术了一种扩散连接TiAl合金与Ti2AlNb合金的方法，该方法没有使用中间层，而是直接进行两种材料的扩散焊，通过控制焊接温度(930℃～1000℃)、保温时间(1h～2h)、试样总变形量(2％～5％)来实现扩散连接，但没有说明通过该方法获得的接头强度数值。专利(CN105798449A)介绍了一种采用复合金属箔扩散连接高铌TiAl合金的方法，所述复合金属箔由Ti箔/Nb箔/Ti箔复合而成，用于高铌TiAl合金自身扩散连接，单层Ti箔或Nb箔厚度为10μm～30μm，焊接温度为1100℃～1300℃，保温时间为1h～3h，焊接时施加压力15MPa～30MPa，由于Nb原子扩散速率较低，该方法所采用的焊接温度较高，保温时间较长，可能会对母材的组织和性能造成影响。但目前国内外关于TiAl合金与Ti2AlNb合金或Ti3Al
基合金异种连接的研究报道还非常有限，接头强度需要进一步提高。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种采用Ti
‑
Nb合金作中间层的扩散焊方法，该方法针对TiAl合金与Ti2AlNb合金或TiAl合金与Ti3Al基合金的扩散焊连接，其目的是控制连接接头中脆性反应层的形成，减少合金中间层的残留，降低接头脆性倾向，得到与两种被焊母材接近的焊缝组织，实现两种母材的高质量连接。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本专利技术所述的采用Ti
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Nb合金作中间层的扩散焊方法是针对TiAl合金与Ti2AlNb合金或TiAl合金与Ti3Al基合金的扩散焊连接，该方法的步骤如下：
[0007]步骤一、将TiAl合金、Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金加工成所需的尺寸，得到被焊母材，将被焊母材的待焊面用砂纸打磨后，进行抛光处理，将抛光后的被焊母材和Ti
‑
Nb合金箔放入丙酮中超声清洗3～10min；
[0008]步骤二、在被焊母材的待焊面上制备Ti
‑
Nb合金中间层，该中间层的制备采用以下方法之一：
[0009]第一种方法：将Ti
‑
Nb合金熔炼后采用轧制工艺制备Ti
‑
Nb合金箔，再将该Ti
‑
Nb合金箔置于被焊母材的待焊面上；
[0010]第二种方法：在被焊母材的待焊面上直接制备Ti
‑
Nb合金中间层；
[0011]步骤三、把组装在一起的被焊母材放于扩散焊设备中，并施加5～25MPa的压力，当设备真空度达到9
×
10
‑2～5
×
10
‑2Pa后开始通电加热，升温速率为5～15℃/min，升温至900℃～960℃时开始保温，保温时长0.5～1.0h，再以5～10℃/min的速度冷却到400℃～500℃，随后关闭加热程序，炉冷至200℃以下出炉，完成扩散焊连接。
[0012]在实施时，所述Ti
‑
Nb合金箔的成分为Ti
‑
(3
‑
15)Nb(wt.％)。进一步，所述Ti
‑
Nb合金箔的成分为Ti
‑
8Nb(wt.％)。
[0013]在实施时，步骤二的第一种方法中，Ti
‑
Nb合金的熔炼方法是真空电弧熔炼法、真空感应熔炼法、真空电子束熔炼法或真空等离子束熔炼法。
[0014]在实施时，步骤二的第二种方法中，Ti
‑
Nb合金中间层采用真空蒸镀方法或磁控溅射方法直接制备在被焊母材的待焊面上。
[0015]在实施时，步骤二的第一种方法中，所述Ti
‑
Nb合金箔的厚度为10～30μm。
[0016]在实施时，步骤三中施加的压力为10～20MPa。
[0017]在实施时，步骤三中所述的加热温度为930℃，保温时间为1h。
[0018]本专利技术技术方案具有如下优点：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用Ti
‑
Nb合金作中间层的扩散焊方法，其特征在于：该方法针对TiAl合金与Ti2AlNb合金或TiAl合金与Ti3Al基合金的扩散焊连接，该方法的步骤如下：步骤一、将TiAl合金、Ti2AlNb合金或Ti3Al基合金加工成所需的尺寸，得到被焊母材，将被焊母材的待焊面用砂纸打磨后，进行抛光处理，将抛光后的被焊母材和Ti
‑
Nb合金箔放入丙酮中超声清洗3～10min；步骤二、在被焊母材的待焊面上制备Ti
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Nb合金中间层，该中间层的制备采用以下方法之一：第一种方法：将Ti
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Nb合金熔炼后采用轧制工艺制备Ti
‑
Nb合金箔，再将该Ti
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Nb合金箔置于被焊母材的待焊面上；第二种方法：在被焊母材的待焊面上直接制备Ti
‑
Nb合金中间层；步骤三、把组装在一起的被焊母材放于扩散焊设备中，并施加5～25MPa的压力，当设备真空度达到9
×
10
‑2～5
×
10
‑2Pa后开始通电加热，升温速率为5～15℃/min，升温至900℃～960℃时开始保温，保温时长0.5～1.0h，再以5～10℃/min的速度冷却到400℃～500℃，随后关闭加热程序，炉冷至200℃以下出炉，完成扩散焊连接。2.根据权利要求1所述的采用Ti
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Nb合金作中间层的扩散焊方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海水，熊华平，冯洪亮，尚泳来，程耀永，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：