[发明专利]一种低Cu和Ni含量的TiZr基非晶合金钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体公开了一种低Cu和Ni含量的TiZr基非晶合金钎料及其制备方法。

背景技术

钎焊作为一种金属热连接方法已经成为高新技术领域零部件精密连接的重要焊接技术之一。在决定钎焊质量的众多因素中，钎料处于重要地位。钛基合金钎料具有活性高、耐热性、耐蚀性好、抗氧化性能优异、钎焊工艺性能良好等优势，是一种极具应用前景的钎料。在钛基合金钎料研究早期，人们尝试向合金中添加Cu、Ni、Zr、Be、Co、V等元素，以降低钎料熔点，现有钛基合金钎料的主要合金元素是Cu、Ni、Zr、Be等。Zr与Ti无限固溶，加入Ti中不会产生脆性相，允许加入量较多，并且Zr可以在不显著降低钛合金塑性的情况下提高合金的强度。其次，Zr在钛合金中呈中性，对其α/β转变温度影响很小；另外，Zr可与Cu、Ni形成共晶，可望获得低熔点的Ti-Zr-Cu-Ni系合金。因此，Zr是钛基合金钎料的主要添加元素之一。Ti基合金钎料中加入合金元素Cu、Ni等，一方面是降低合金熔点，另一方面是通过合金化的作用提高接头的综合性能。但是现有钛基合金钎料Cu和Ni含量较高，钎焊后生成脆性化合物相，如Ti₂Cu、Ti₂Ni、δ-TiCu和Ti₃Cu₄等，钎焊接头容易产生不同程度的脆性，使钎焊接头的性能降低。并且，钛基合金钎料本身加工性能差、箔材制备较困难，限制了钎料的使用形式。

因此，开发一种低熔点，低Cu和Ni含量的新型高性能TiZr基非晶合金钎料，对于航空航天等高新技术领域具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种熔点低，Cu和Ni含量低，钎焊接头性能好、可靠性高，成本低，适用范围广的TiZr基非晶合金钎料，并且提供一种相应的制备方法。

本发明技术解决方案：一种低Cu和Ni含量的TiZr基非晶合金钎料及其制备方法，其中钎料成分组成涉及Ti、Zr、Cu、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Si等元素。其中，除Ti、Zr、Cu、Ni、Si元素以外，其余合金元素均为微量添加。按质量百分比计，钎料组成为：Cu3～15%，Ni1～10%，Si0.1～2%，X0.5～8%，Y0.1～8%，余量为Ti和Zr，其中X表示Co或Fe或Co和Fe，Y表示Al或Sn或Al和Sn。与现有钛基钎料相比，在Cu、Ni含量更少的情况下，可以减少脆性金属间化合物的析出从而提高钎焊接头的力学性能；成分中不含贵金属元素和有毒元素，降低了使用成本，安全环保性高。

本发明中合金元素的多元化与微量添加主要作用：一是降低钎料液相线温度；二是提高钎料合金的非晶形成能力；三是增强钎焊接头的综合性能。其中，微量添加的各合金元素主要作用如下：

Cu：提高钎料合金的润湿性、熔化后的流动性，有利于增强钎焊接头耐腐蚀性；

Ni：降低Ti的活性，提高钎焊接头高温化学与力学性能；

Co：抑制或减少Cu、Ni的扩散，提高钎焊接头高温力学性能与使用温度；

Fe：增强钎料合金的流动性，提高钎焊接头硬度；

Al：作为晶粒细化元素，提高钎焊接头的力学性能与抗氧化性；

Sn：降低钎料熔点，细化晶粒；

Si：增强钎料合金的润湿性；作为晶粒细化元素提高钎焊接头的室温与高温强度、抗氧化性与耐腐蚀性，降低断裂韧性。

在本发明中，为降低生产成本，纯钛、纯锆可由经电弧熔炼提纯的海绵钛、海绵锆予以替代，以进一步降低使用成本。

如图1所示，本发明低Cu和Ni含量的TiZr基非晶合金钎料的制备方法如下：

(1)称取各元素单质：

依据质量百分比Cu3～15%，Ni1～10%，Si0.1～2%，X0.5～8%，Y0.1～8%，余量为Ti和Zr，其中X表示Co或Fe或Co和Fe，Y表示Al或Sn或Al和Sn，称取相应质量的金属单质原料；

(2)熔炼制备合金：

将称取的金属单质原料置于电弧熔炼设备中，抽真空至真空度为4×10^-3～6×10^-3Pa，充入高纯Ar气，采用电弧加热的方式熔炼合金至少4次，待合金冷却后自熔炼设备取出，制得合金；

(3)熔体旋淬法制备非晶合金薄带：