[发明专利]钛铝基合金与钛合金经激光熔凝后进行扩散焊接的方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种钛铝基合金与钛合金(TC4)经激光熔凝后进行扩散焊接的方法。

背景技术

航空航天工业的迅速发展，对结构材料的要求，特别是对高温强度和热稳定性的要求越来越高。为开发高效率航空发动机，提高发动机推重比和发动机关键部件的使用温度，大力发展具有优良的比强度、比刚度和高温性能的结构材料以及相应的制造技术显然有着极为重要的意义。钛铝合金以其低密度(3.8g/cm³)、高强度以及良好的耐热性能和抗氧化性能，极限使用温度可达到980℃以上，成为近年来高温结构材料研究中十分活跃的方向。

在该合金的实用过程中，必然会遇到连接问题，其中包括与异类合金(如与高温合金、Ti合金)的连接。探索该合金与其它金属的连接方法，对促进该合金的实用化、扩大其适用范围以及发挥其性能优势等具有重要意义。采用扩散连接技术，因无需研制特殊焊剂，可以迅速实现复杂大面积零件的连接，对该材料的迅速应用将起到重要的推动作用。

异种合金间的连接技术一直是国内外学术界和工业界共同关注的热点前沿课题，特别是对新材料与它种材料的固态连接技术更是研究工作者所关注的重点。与同种合金的固态连接不同，由于异种合金间性能，特别是高温性能的差异，增大了连接工艺参量选择及工艺实施的难度。

文献《TiAl基合金的固态焊接》(贺跃辉，黄伯云，王彬等金属学报，1998，34(11)：1167-1172)中贺跃辉等人详细研究了具有各种不同显微组织的Ti-33Al-3Cr锻造合金的扩散连接行为，当粗晶的TiAl基合金与粗晶的TiAl基合金进行连接时，接口处形成了与母材组织不同的再结晶细晶组织，且接口处存在显微孔洞，接头仅有较低的抗拉强度和延伸率，断裂发生在接头的界面处；当粗晶的TiAl基合金与细晶双态组织的TiAl基合金进行连接时，由于细晶的TiAl基合金有较好的变形能力而与粗晶的TiAl基合金形成镶嵌式的接口结构，从而使接头的抗拉强度和延伸率提高；当细晶的TiAl基合金与细晶的TiAl基合金进行连接时，可得到与母材基本一致的显微组织，接头具有很高的抗拉强度和延伸率。

激光熔凝处理对TiAl合金有一定的晶粒细化作用，文献《Microstructure and mechanical properties of laser melting deposited γ-TiAl intermetallic alloys》(H.P.Qu and H.M.Wang.Materials Science and Engineering：A，2007)中H.P.Qu和H.M.Wang研究表明，Ti-47Al-2.5V-1Cr金属间化合物通过激光熔凝工艺处理后具有组织细密的特点，并且拥有快速凝固的柱状晶粒组织。激光熔凝TiAl合金的初相α晶粒尺寸大约50μm，全片层组织的层片间距大约0.5μm。激光熔凝金属间化合物表现了优越的室温拉伸性能和各向异性。

发明内容

本发明针对现有技术中尚无效果良好的钛铝基合金与钛合金焊接方法，提出一种具有实用性，能够满足钛铝基合金的焊接，并且拓宽钛铝基合金应用范围的一种钛铝基合金和钛合金(TC4)的异种金属扩散焊接方法。

一种钛铝基合金与钛合金经激光熔凝后进行扩散焊接的方法，该方法步骤如下：

(1)对待焊的钛铝基合金和钛合金表面进行清理；

(2)将待焊钛铝基合金和钛合金预热至280℃～350℃，然后对待焊钛铝基合金和钛合金进行激光熔凝处理；

(3)将激光熔凝后的待焊钛铝基合金和钛合金置于保护套中，所述保护套根据待焊试件尺寸制作，保护套用于使待焊试件在扩散焊接时非焊接面不发生变形；

(4)在温度为900～930℃，焊接压力为60～90MPa的条件下，对钛合金和钛铝基合金进行扩散焊接。时间随焊件大小而定，以焊透为准。

扩散焊接的优选条件为：温度为915℃，焊接压力为80MPa。

所述保护套由不锈钢材料制成。

所述钛合金为TC4钛合金。

步骤(1)中对母材表面的清理采用物理清理、化学清理或者先物理清理后化学清理。

所述物理清理是用200#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸逐级磨光；所述化学清理是根据母材的不同而配置相应的腐蚀液来去除母材表面的吸附层、杂质或氧化膜。

经过表面清理的待焊钛铝基合金和钛合金表面要进行涂料涂覆，以增加母材对激光的吸收作用，涂料的成分可以为乙醇、二氧化硅和冰晶石的混合物。