本发明专利技术提供了一种钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用，该焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO2：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，ZrO2的平均粒径为30 nm~150 nm，TiN的平均粒径为5μm~95μm。该钛合金焊接用焊料用于中高强钛合金焊接时，能够使焊接接头的焊缝具有较高的强度和较好的塑性，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接，使焊接后的结构件能够满足性能要求。性能要求。
【技术实现步骤摘要】
钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及焊接材料
，特别是涉及一种钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]钨极氩弧焊接是中高强钛合金使用最广泛的焊接方法。然而，钨极氩弧焊焊缝熔合区粗大的柱状晶导致焊接接头的塑性较差，使得高温钛合金焊接结构的应用受限。
[0003]目前，本领域中多采用双相钛合金焊丝改善接头塑性。但是，采用双相钛合金焊丝会导致接头的强度损失较大，只能达到母材的60%~75%。因此，急需开发一种能够更好地适应钛合金焊接、焊缝强度高、塑性强的焊丝。
技术实现思路
[0004]基于此，有必要提供一种适用于中高强钛合金焊接、焊缝强度较高、焊缝塑性较强的钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术提出的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供了一种钛合金焊接用焊料，所述焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO2：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，所述ZrO2的平均粒径为30 nm~150 nm，所述TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。
[0006]在其中一些实施例中，所述焊料中所述ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.05%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。
[0007]在其中一些实施例中，所述焊料中所述ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.03%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。
[0008]根据本专利技术的另一方面，提供了一种钛合金焊接用焊料的制备方法，包括如下步骤：按本专利技术上述的钛合金焊接用焊料的组分提供原料；将各组分混合后压制成电极块，将多个电极块堆垛后制成自耗电极；及对所述自耗电极进行熔炼，得到所述焊料。
[0009]在其中一些实施例中，对所述自耗电极进行熔炼之后，所述制备方法还包括如下步骤：将熔炼后得到的焊料进行锻造，制成钛合金坯；将所述钛合金坯依次经轧制、拉拔、矫直、减径和磨光，得到钛合金丝材；将所述钛合金丝材进行真空退火。
[0010]在其中一些实施例中，所述真空退火的温度为所述钛合金丝材相变点以下100 ℃~250 ℃，保温时间为40 min~180 min。
[0011]在其中一些实施例中，所述锻造的温度为600 ℃~1150 ℃。
[0012]在其中一些实施例中，将所述钛合金丝材进行真空退火之后，所述制备方法还包括如下步骤：将经真空退火后的钛合金丝材经酸洗、碱洗和超声波清洗，然后再进行绕盘，包装。
[0013]在其中一些实施例中，所述酸洗所用的酸洗液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述碱洗所用的碱洗液为氢氧化钠溶液。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种钛合金焊接用焊料的应用，将本专利技术上述的钛合金焊接用焊料或者本专利技术上述的制备方法制备的钛合金焊接用焊料，用于钛合金的TIG（钨极惰性气体保护焊，Tungsten Inert Gas Weiding）焊接、MIG（惰性气体保护电弧焊，Metal Inert Gas Arc Welding）焊接、激光焊接或增材制造。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的钛合金焊接用焊料，通过在焊料组分中添加特定含量的平均粒径为30 nm~150 nm的ZrO2颗粒和平均粒径为5 μm~95 μm的TiN颗粒；通过特定粒径和含量的ZrO2颗粒和TiN颗粒之间的协同作用，能够有效地抑制焊缝柱状晶区晶粒的长大，使得焊缝的组织得到有效地细化，从而提高焊缝的强度和塑性。该焊料焊接后的接头焊缝处强度高、塑性好，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0017]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0018]本专利技术的一些实施方式提供了一种钛合金焊接用焊料，该焊料按照质量百分比计，包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO2：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，ZrO2的平均粒径为30 nm~150 nm，TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。
[0019]传统的钛合金焊丝在对中高强钛合金（室温拉伸强度在800MPa~1100MPa之间的钛合金为中强钛合金，室温拉伸强度在1100MPa~1400MPa之间的钛合金为高强钛合金）进行焊接时，焊缝熔合区会形成粗大的柱状晶，导致焊接接头的塑性较差；并且其焊接后的接头强度损失较大，使得中高强钛合金焊接结构件无法满足性能要求。
[0020]针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供的钛合金焊接用焊料，通过在焊料组分中添加特定含量的平均粒径为30 nm~150 nm的ZrO2颗粒和平均粒径为5 μm~95 μm的TiN颗粒；试验研究发现，上述粒径和含量的ZrO2颗粒和TiN颗粒与金属Ti具有良好的润湿铺展性，能够与金属Ti形成紧密结合；通过上述特定粒径和含量的ZrO2颗粒和TiN颗粒之间的协同作用，能够有效地抑制焊缝柱状晶区晶粒的长大，使得焊缝的组织得到有效地细化，
从而提高了焊缝的强度和塑性。该焊料焊接后的接头强度能够达到900 MPa~1200 MPa，其延伸率可达到10%以上，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接。而当焊料中ZrO2颗粒和TiN颗粒的粒径和含量不在上述范围内时，不能起到细化晶粒的作用，同时也会导致焊缝中出现较多的气孔，使焊缝性能恶化。采用其他种类的颗粒，如SiC颗粒、Al2O3颗粒等，同样无法达到本专利技术的技术效果。
[0021]在其中一些优选的具体示例中，焊料中ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.05%，TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。试验研究发现，焊料的各组分中ZrO2、TiN的含量在上述范围之内，可使焊接接头具有更高的强度和更好的塑性，能够更好地适应中高强钛合金结构件的焊接。
[0022]在其中一些更优选的具体示例中，焊料中ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.03%，TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。进一步研究本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO2：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，所述ZrO2的平均粒径为30 nm~150 nm，所述TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。2.根据权利要求1所述的钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料中所述ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.05%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。3.根据权利要求1所述的钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料中所述ZrO2的质量百分比含量为0.025%~0.03%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。4.一种钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1至3任一项所述的钛合金焊接用焊料的组分提供原料；将各组分混合后压制成电极块，将多个电极块堆垛后制成自耗电极；及对所述自耗电极进行熔炼，得到所述焊料。5.根据权利要求4所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，对所述自耗电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军兆，杨胜，向午渊，张慧杰，欧阳涛，温凯，肖芬，
申请(专利权)人：湖南湘投金天科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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