[发明专利]TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl基合金与Ni基高温合金的焊接方法。

背景技术

TiAl基合金由于具有低密度、高熔点、良好的高温强度和优异的抗氧化、抗蠕变性能，是航空、航天、军事及民用领域具有广阔应用前景的新型轻质高温结构材料。目前，航空、航天飞行器的热端部件大多采用Ni基高温合金，虽然Ni基高温合金的高温性能优良，但密度大，降低飞行器的工作效率，且增加废气排放量。将TiAl基合金取代部分Ni基高温合金部件应用于航空、航天飞行器可以显著减轻飞行器的重量，增加工作效率。而TiAl基合金与Ni基高温合金的连接问题成为这一应用的关键问题。目前已有这两类合金连接的报道，但主要采用扩散连接的方法。如文献“Diffusion bonding oflaser-surface-modified gamma titanium aluminide alloy to nickel-base casting alloy，Luo GX，Wu GQ，Huang Z，Ruan ZJ.Scripta Materialia 2007，57：521-524”公开了一种超塑性扩散连接γ-TiAl/K148高温合金的方法，该方法采用焊前对γ-TiAl连接表面激光熔敷Ni-Cr-Ti-A1系涂层，而后进行扩散连接。采用这一方法，接头的剪切强度达到359MPa。尽管这一方法使接头获得了较高的连接强度，但焊前需要对γ-TiAl表面进行激光熔敷处理，因此，工艺复杂，成本较高。公开号为CN101352772A、发明名称为TiAl/Nb基合金与Ni基高温合金的扩散焊连接方法的中国专利也公开了一种采用Nb-Ni复合中间层扩散连接TiAl/GH710高温合金的方法，所得到的接头抗剪强度为372MPa。尽管利用此方法获得了较高的剪切强度，但连接热循环周期长，效率低，且扩散连接方法本身存在焊前工件待焊表面的制备和装配要求高，焊接工件的形状和尺寸受到限制，不利于复杂构件的连接等缺点。

由于TiAl与Ni基高温合金为应用于航空、航天的热端部件，因此连接接头应具有好的耐高温性能，文献“Gamma Ti aluminides for non-aerospace applications，Toshimitsu Tetsui.Current Opinionin Solid State and Materials Science 1999，4：243-248”公开了一种TiAl涡轮增压器与钢轴的连接方法，采用Ni基高温合金作为过渡套，利用银钎焊的方法实现了TiAl合金与Ni基过渡套的连接，此方法虽然能够达到TiAl合金与Ni基合金连接的目的，但此方法所用的银基钎料成本较高，且所得连接接头不能承受500℃以上的高温环境。采用真空钎焊的方法焊接TiAl基合金与Ni基合金时，就必须选择高温钎料(如Ti基钎料和Ni基钎料)进行焊接，而在较高的连接温度下，TiAl基合金母材极易与钎料发生反应，生成脆性的金属间化合物，当这些脆性相聚集长大呈大块状分布时，严重影响接头性能。

发明内容

本发明是为了解决现有的焊接TiAl基合金与Ni基高温合金扩散连接方法的工艺复杂、成本高、连接热循环周期长、效率低及焊件待焊表面要求高、银钎焊的接头不耐高温及高温钎焊的脆性相易生成聚集长大的问题，提供TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法。

本发明的TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法按以下步骤进行：一、对Ti箔片、TiAl基合金及Ni基高温合金的待焊面进行处理；二、将Ti箔片置于TiAl基合金与Ni基高温合金之间，构成待焊件；三、将待焊件置于真空钎焊炉中，以0.001MPa～0.01MPa的预压力固定，然后在真空度为1.0×10^-3Pa～7.0×10^-3Pa的条件下，以5℃/min～20℃/min的速度，升温到790℃～810℃，保温8min～12min，再以5℃/min～20℃/min的速度继续加热到960℃～1040℃，保温1min～30min，再以5℃/min～20℃/min的速度降温到300℃～500℃后，随炉冷却至室温，即完成连接。

步骤一中的Ti箔片的厚度为50μm～100μm。

步骤一中Ti箔片的处理为将Ti箔片放入丙酮中用超声波清洗10min～20min后晾干。

步骤一中TiAl基合金及Ni基高温合金的待焊面的处理为将待焊面用600#金相砂纸打磨，然后将待焊面浸入丙酮中用超声波清洗10min～20min后晾干。