[发明专利]一种二硅化钼与不锈钢的连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料的连接方法，特别是一种二硅化钼与不锈钢的连接方法。

背景技术

二硅化钼(MoSi₂)具有足够高的熔点(2030℃)，其工作温度可高达1700℃，而且具有适中的比重和极好的抗氧化性、良好的热导率，在各种腐蚀环境中稳定性好，被认为是目前最有前途的高温结构材料，MoSi₂作为航空、汽车、能源等领域的高温结构材料具有广泛的应用前景，可用于航空、汽车燃气涡轮机的高温部件，如气体燃烧器、喷管、高温过滤器以及火花塞等。但是MoSi₂要真正实现工程应用，必须解决与不锈钢的连接问题，比如铁合金或其他合金等，由于MoSi₂和不锈钢间热膨胀系数和连接温度的差异，常常因冷却时存在较大的残余应力而导致连接层开裂，人们利用低温钎焊技术虽然能实现MoSi₂与316L不锈钢的连接，但因连接层的熔点较低使得其最高使用温度仅为852℃，且只能在非氧化性环境中使用，限制了MoSi₂的耐高温和抗氧化特性，为此，有必要进一步改进二硅化钼与不锈钢的连接方法，以充分发挥MoSi₂作为高温结构材料的耐高温和抗氧化特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二硅化钼与不锈钢的连接方法，其过渡层的厚度、层数和成分梯度可调，热膨胀系数和弹性模量呈阶梯连续变化，残余应力小，且过渡层中无第三种材料，因此过渡层的耐高温和抗氧化性能与二硅化钼大体相当。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该二硅化钼与不锈钢的连接方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)原料选取：选取粒度为8～12μm的二硅化钼MoSi₂和粒度为130～170μm的不锈钢粉体以及粒度为40～80nm的二氧化锆ZrO₂，纯度大于98％；

(2)过渡层的梯度设计：过渡层由两组分构成，其组分沿连接方向(Y轴方向)呈一维梯度分布，将其中MoSi₂的体积比函数C_i沿y轴的变化视为连续函数，若材料是完全致密的，则不锈钢的体积比函数为1-C_i。所以过渡层的梯度成分分布采用幂函数模型，即Ci=(y-dsn*d)P,]]>d_s≤y≤n*d+d_s，1≤i≤n，式中C_i为第i层梯度层中二硅化钼的体积分数，n为过渡层中梯度层的层数，y为第i层梯度层厚度中心沿连接方向的位置座标，d为各梯度层的厚度，n*d为过渡层的厚度，d_s为不锈钢层的厚度，p为过渡层的成分分布指数，其值的大小决定了过渡层的成分分布。

(3)过渡层混合粉末的制备：分别干燥步骤(1)中准备的二硅化钼和不锈钢粉体，并根据步骤(2)中设计的成分比例进行配料，二硅化钼MoSi₂和不锈钢粉末混合均匀；一般情况下，MoSi₂和316L不锈钢混合粉末是在高能球磨机上均匀化。

(4)二硅化钼MoSi₂层混合粉末的制备：分别干燥步骤(1)中准备的二硅化钼MoSi₂粉体和二氧化锆ZrO₂粉体，并根据MoSi₂层中含有10～50％的ZrO₂的比例进行配料，二硅化钼MoSi₂和二氧化锆ZrO₂粉末混合均匀化，所述的百分比为体积百分比；

(5)预成型：将称量好的粉末自下而上按不锈钢、过渡层、二硅化钼的顺序放入模具，每铺一层进行粉末预压；

(6)烧结：烧结温度为950～1150℃，烧结压力为30～60MPa。