一种镍基高温合金的低温快速连接方法技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种镍基高温合金的低温快速连接方法，该连接方法包括：步骤S1、对基体材料进行预处理，得到预处理基体；步骤S2、在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，得到中间待焊接基体；步骤S3、将所述中间待焊接基体的纳米晶镍层相互叠合对接在一起，进行脉冲电流辅助扩散连接，得到镍基高温合金焊接接头。采用本发明专利技术提供的方法，能够实现镍基高温合金低温、快速、高精度连接。精度连接。精度连接。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金的低温快速连接方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体而言，涉及一种镍基高温合金的低温快速连接方法。

技术介绍

[0002]GH536是Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Mo基固溶强化高温合金，具有优异的耐腐蚀性、抗氧化和高温强度，被广泛应用于发动机热端过渡管道、涡轮盘、燃烧室和高通量微流道换热器等部件。高通量微流道换热器件凭借轻质高效和高热耗散能力成为发动机关键保证，然而迫切需要一种可靠、快捷且高质量的连接技术来实现高通量微流道换热器的精密制造。扩散连接在精密连接领域备受关注。相比于熔化焊和钎焊，扩散连接母材不熔化，接头强度高，结合精密，密封性好，特别适用于需要大面积连接的构件。然而现有的扩散连接也需要在较高的温度(通常约为熔点的70％)和压力下进行，这会导致母材微观组织发生变化，接头可靠性降低，母材易发生较大的变形，导致被焊接结构的精度下降而无法使用，因此迫切需要开发一种能降低扩散连接温度的方法。
[0003]目前，常用的降低扩散连接温度的方法为喷丸加传统热压扩散焊、电镀加传统热压扩散焊接和纳米颗粒加传统热压扩散焊。然而，这几种方法在焊接升温阶段，纳米晶易长大，从而削弱了纳米晶促进扩散和降低连接温度的能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是现有的低温扩散连接方法在焊接升温阶段，纳米晶易长大，从而削弱了纳米晶促进扩散和降低连接温度的能力。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种镍基高温合金的低温快速连接方法，包括：
[0007]步骤S1、对基体材料进行预处理，得到预处理基体；
[0008]步骤S2、在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，得到中间待焊接基体；
[0009]步骤S3、将所述中间待焊接基体的纳米晶镍层相互叠合对接在一起，进行脉冲电流辅助扩散连接处理，得到镍基高温合金焊接接头。
[0010]可选地，所述在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，包括：将所述预处理基体置于电镀液中进行电镀处理；所述电镀液的组成成分包括硫酸镍、氯化镍、硼酸和糖精钠，所述电镀液的pH为3.8
‑
4.2。
[0011]可选地，所述电镀液中，所述硫酸镍的浓度为280
‑
320g/L，所述氯化镍的浓度为25
‑
35g/L、所述硼酸的浓度为25
‑
35g/L，所述糖精钠的浓度为2.5
‑
3.5g/L。
[0012]可选地，所述电镀处理的温度为50
‑
55℃，时间为9
‑
10min，电流密度为90
‑
110mA/cm2，所述电镀处理使用的阳极材料为镍。
[0013]可选地，所述步骤S3中，所述脉冲电流辅助扩散连接处理在真空度10
‑1‑
10
‑2Pa下进行。
[0014]可选地，所述脉冲电流辅助扩散连接处理过程中施加在所述中间待焊接基体上的压力为20
‑
40MPa，所述脉冲电流辅助扩散连接处理的温度为500
‑
700℃，时间为30
‑
120min。
[0015]可选地，所述脉冲电流辅助扩散连接处理过程中加热速率为80
‑
150℃/min。
[0016]可选地，所述步骤S1中，所述对基体材料进行预处理，包括：
[0017]步骤S11、将基体材料依次使用400目、800目、1500目和3000目砂纸打磨后，置于有机溶剂中超声清洗，得到第一基体；
[0018]步骤S12、将所述第一基体在H2SO4溶液中活化处理后，清洗处理，得到所述预处理基体。
[0019]可选地，所述步骤S11中，所述H2SO4溶液的质量分数为18
‑
22％。
[0020]可选地，所述步骤S1中，所述基体材料包括GH536合金。
[0021]与现有技术相比，本专利技术在镍基高温合金进行焊接前，先在其待焊接面上电沉积一层纳米晶镍层，纳米晶镍层具有高体积分数的晶界和较高的吉布斯自由能，晶界作为原子的快速扩散通道，扩散系数较高。因此，纳米晶镍层中大量存在的晶界，将极大促进焊接过程中的原子扩散，从而降低扩散连接过程中所需的温度和时间，并提高焊接接头的强度。纳米晶镀层由于其较高的扩散系数和吉布斯自由能，在较低温度下，具有较高的晶粒生长趋势。为避免在焊接升温阶段中出现晶粒长大，导致纳米晶的促进扩散优势丧失。本专利技术中利用脉冲电流辅助扩散连接加热速率快的优点，有效抑制了纳米晶镀层中纳米晶的长大，使得在焊接温度下保温时，焊接接头中仍存在大量小尺寸的纳米晶促进扩散连接，有利于扩散连接过程中的原子扩散。综上所述，本专利技术的镍基高温合金的连接方法，能够实现镍基高温合金低温、快速、高精度连接。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中镍基高温合金的连接方法的流程示意图；
[0023]图2为实施例1中制得的中间待焊接基体的横截面的扫描电镜图片；
[0024]图3为实施例1中制得的纳米晶镍层的透射电镜图片；
[0025]图4为实施例1中制得的镍基高温合金焊接接头的扫描电镜图片；
[0026]图5为实施例1中制得的镍基高温合金焊接接头的剪切强度测试应力应变曲线。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
[0029]另外，需要说的是，脉冲电流辅助扩散连接(Spark plasma sintering diffusion bonding)是利用材料自身电阻和界面接触电阻，使被连接界面快速加热，并在一定压力和时间下实现界面冶金结合的一种高效焊接方法。示例性地，脉冲电流辅助扩散连接可以在放电等离子烧结真空炉中进行。
[0030]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种镍基高温合金的低温快速连接方法，包括：
[0031]步骤S1、对基体材料进行预处理，得到预处理基体；
[0032]步骤S2、在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，得到中间待焊接基体；
[0033]步骤S3、将所述中间待焊接基体的纳米晶镍层相互叠合对接在一起，进行脉冲电流辅助扩散连接处理，得到镍基高温合金焊接接头。
[0034]需要说明的是，所述基体材料为镍基高温合金，例如GH536合金。将所述中间待焊接基体的纳米晶镍层相互叠合对接在一起，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金的低温快速连接方法，其特征在于，包括：步骤S1、对基体材料进行预处理，得到预处理基体；步骤S2、在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，得到中间待焊接基体；步骤S3、将所述中间待焊接基体的纳米晶镍层相互叠合对接在一起，进行脉冲电流辅助扩散连接处理，得到镍基高温合金焊接接头。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的连接方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述在所述预处理基体的待焊接面上电镀纳米晶镍层，包括：将所述预处理基体置于电镀液中进行电镀处理；所述电镀液的组成成分包括硫酸镍、氯化镍、硼酸和糖精钠，所述电镀液的pH为3.8
‑
4.2。3.根据权利要求2所述的镍基高温合金的连接方法，其特征在于，所述电镀液中，所述硫酸镍的浓度为280
‑
320g/L，所述氯化镍的浓度为25
‑
35g/L、所述硼酸的浓度为25
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35g/L，所述糖精钠的浓度为2.5
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3.5g/L。4.根据权利要求2所述的镍基高温合金的连接方法，其特征在于，所述电镀处理的温度为50
‑
55℃，时间为9
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10min，电流密度为90
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110mA/cm2，所述电镀处理使用的阳极材料为镍。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林铁松，武通，何鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨邦定科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：