一种适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料及其制备方法和应用技术

一种适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料及其制备方法和应用，涉及一种高熵钎料及其制备方法和应用。为了解决现有的Ti基钎料钎焊钛合金时易产生溶蚀缺陷的问题。高熵钎料按原子百分比计由20～30％的Ti、20～30％的Zr、20～30％的Hf、5～10％的Cu、5～10％的Ni和5～10％的Co组成。制备方法：称取原料进行熔炼得到钎料铸锭；然后通过单辊旋淬法制备成非晶态高熵钎料箔材。应用：钎焊钛合金，待焊接合金的待焊表面去除表面油污和氧化物，将料箔材置于焊接合金的待焊表面之间进行钎焊。本发明专利技术高熵钎料能够提高钎焊接头性能的同时有效降低母材的溶蚀，提高接头的强度，适用于钛合金的钎焊。焊。焊。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种高熵钎料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钛及钛合金因其具有优良的比强度、抗腐蚀的特点，在航空航天、交通运输、工程设备等领域作为结构材料而获得了广泛的应用。随着制造业的不断发展，对钛合金的焊接工艺也提出了更高的要求。由于Ti元素较为活泼，易与空气中的O、N、H等元素发生反应，生成氧化物及其他杂质，对焊接的接头产生不利影响。钎焊可以在高真空或保护气的条件下进行，可消除空气对于焊接接头的不利影响。同时。钎焊焊接的尺寸精度较高，可以对结构复杂的工件进行焊接，实现复杂构件的精密成型。
[0003]采用钎焊对钛合金进行连接时，获得性能良好接头的关键在于选择合适的钎料。钛合金钎焊最常用Ti基钎料。Ti基钎料成本低廉，且所得接头具有较高的常温及高温力学性能，而且抗腐蚀性能也好。但Ti元素熔点较高，目前现有Ti基钎料中常加入Ni、Cu等元素来降低钎料的熔点。但在钎焊过程中Cu、Ni元素会向母材扩散，使母材表面合金化，熔点降低，进而产生溶蚀缺陷。特别是在钎焊钛合金蜂窝板、换热器等薄壁结构件时，熔蚀缺陷对部件质量的尤为关键。因此开发一种适用于钛合金钎焊的高强、低溶蚀高熵钎料及其制备方法则显的尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有的Ti基钎料钎焊钛合金时易产生溶蚀缺陷的问题，提出一种适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料按原子百分比计由20～30％的Ti、20～30％的Zr、20～30％的Hf、5～10％的Cu、5～10％的Ni和5～10％的Co组成。
[0006]本专利技术中：
[0007]Ti：Ti作为钛合金中的主要组成元素，可以使高熵钎料在母材表面具有良好的润湿性和流动性。
[0008]Zr、Hf：Zr和Hf与Ti元素为同主族元素，可以无限互溶，提高钎料与母材的润湿性，降低钎料的熔点。
[0009]Cu、Ni、Co：Cu、Ni和Co三种元素的作用相似，且相互之间可以无限互溶，使得钎料的熔点进一步降低，同时提高了合金的混乱程度，增加了合金的熵值。
[0010]上述适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料的制备方法按照以下步骤进行：
[0011]步骤一：按原子百分比为Ti：20～30％、Zr：20～30％、Hf：20～30％、Cu：5～10％、Ni：5～10％和Co：5～10％称取原料；所述原料为Ti、Zr、Hf、Cu、Ni、Co的纯金属锭或中间合金锭；
[0012]步骤二：将步骤一称取的原料进行熔炼，得到钎料铸锭；所述熔炼在电弧熔炼炉或
感应熔炼炉中进行；所述熔炼的气氛为真空或惰性气体保护气氛；
[0013]步骤三：将步骤二中获取的钎料铸锭通过单辊旋淬法制备成非晶态高熵钎料箔材；所述非晶态高熵钎料箔材的厚度为30～100μm。
[0014]利用上述适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料钎焊钛合金的方法按照以下步骤进行：将待焊接合金的待焊表面打磨去除表面油污和氧化物，超声清洗，然后将非晶态高熵钎料箔材置于焊接合金的待焊表面之间得到待焊件，将待焊件放入钎焊炉中进行钎焊，冷却至室温后取出工件，完成钛合金的钎焊；
[0015]所述钎焊工艺为：开始以8～12℃/min的速度加热到870～970℃并保温10～120min，然后以5～20℃/min的速度降温到190～210℃。
[0016]本专利技术的原理及有益的技术效果为：
[0017]1、本专利技术高熵钎料的组元种类多、含量较高、且各组元含量较为接近，原子排列较为混乱，故其原子排列的混合熵很高，因而可以抑制金属间化合物的生成。同时，高熵合金各种元素之间的原子尺寸相差较大，特别是当合金的混合熵较高时，合金主元之间的协同扩散就会变得困难，而且晶格的严重变形也会阻碍原子的运动，使扩散在高熵合金中难以进行，从而抑制原子的扩散速率，能够提高钎焊接头性能的同时有效降低母材的溶蚀。
[0018]2、本专利技术高熵钎料的主要产品形式为箔片，成分均匀、便于装配，且能较好的控制钎缝宽度，是理想的钎料材料，更适合投入实际生产。由于含有较多的Cu、Ni、Co元素，可以与Ti、Zr、Hf元素产生共晶反应，降低钎料熔点，故具有合适的熔化温度，钎料可以在约为870～970℃的低于TC4钛合金相变温度下完成钛合金的钎焊。高熵合金在动力学上的迟滞扩散效应，能有效阻碍原子在高温时的运动，减缓原子扩散速度，减轻溶蚀，提高接头的强度，适用于钛合金的钎焊。
[0019]3、本专利技术高熵钎料中的Ti是钛合金的主要组成元素，而Zr、Hf元素可与Ti无限互溶，相容性好。因此，本专利技术非晶态高熵合金与母材具有良好的润湿性。
[0020]4、本专利技术采用真空钎焊或者在保护气的环境下进行钎焊，可以消除空气对焊接接头性能的不利影响，减少接头处氧化物的生成，获得性能优异的钎焊接头。
附图说明
[0021]图1实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的微观形貌；
[0022]图2实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Ti元素分布图；
[0023]图3实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Zr元素分布图；
[0024]图4实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Hf元素分布图；
[0025]图5实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Cu元素分布图；
[0026]图6实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Ni元素分布图；
[0027]图7实施例1中制备的TiZrHfCuNiCo非晶态高熵钎料箔材的Co元素分布图；
[0028]图8实施例1中获得的TC4/TiZrHfCuNiCo/TC4钎焊接头的界面组织图。
具体实施方式
[0029]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
[0030]具体实施方式一：本实施方式适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料按原子百分比计由20～30％的Ti、20～30％的Zr、20～30％的Hf、5～10％的Cu、5～10％的Ni和5～10％的Co组成。
[0031]本实施方式具备以下有益效果：
[0032]1、本实施方式高熵钎料的组元种类多、含量较高、且各组元含量较为接近，原子排列较为混乱，故其原子排列的混合熵很高，因而可以抑制金属间化合物的生成。同时，高熵合金各种元素之间的原子尺寸相差较大，特别是当合金的混合熵较高时，合金主元之间的协同扩散就会变得困难，而且晶格的严重变形也会阻碍原子的运动，使扩散在高熵合金中难以进行，从而抑制原子的扩散速率，能够提高钎焊接头性能的同时有效降低母材的溶蚀。
[0033]2、本实施方式高熵钎料的主要产品形式为箔片，成分均匀、便于装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料，其特征在于：适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料按原子百分比计由20～30％的Ti、20～30％的Zr、20～30％的Hf、5～10％的Cu、5～10％的Ni和5～10％的Co组成。2.根据权利要求1所述的适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料，其特征在于：适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料按原子百分比计由25％的Ti、25％的Zr、25％的Hf、9％的Cu、8％的Ni和8％的Co组成。3.如权利要求1所述的适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：步骤一：按原子百分比为Ti：20～30％、Zr：20～30％、Hf：20～30％、Cu：5～10％、Ni：5～10％和Co：5～10％称取原料；步骤二：将步骤一称取的原料进行熔炼，得到钎料铸锭；步骤三：将步骤二中获取的钎料铸锭通过单辊旋淬法制备成非晶态高熵钎料箔材。4.根据权利要求3所述的适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料的制备方法，其特征在于：步骤一所述原料为Ti、Zr、Hf、Cu、Ni、Co的纯金属锭。5.根据权利要求3所述的适用于钛合金钎焊的高强低溶蚀高熵钎料的制备方法，其特征在于：步骤二所述熔炼在电弧熔炼炉或感...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙湛，张博彧，张丽霞，常青，张博，孙名家，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：