[发明专利]一种C/C复合材料和镍基高温合金的高温钎焊连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料与金属的钎焊连接方法，具体为C/C复合材料与镍基高温合金的钎焊连接方法。

背景技术

C/C复合材料具有低密度、高比强度、低膨胀系数、良好的高温性能、抗烧蚀、耐腐蚀等优异性能，被广泛地应用在航空、航天、汽车及核能等领域。但是，C/C复合材料自身的脆性、难以加工成复杂的大部件且生产工艺较复杂，都限制了其应用。因此，在许多场合有必要将C/C复合材料与金属进行连接。

高温镍基合金是目前在航空领域应用比较广泛的一种高温合金，它在中、高温度下具有优异综合性能，如具有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀性能。GH3044工作温度为900℃，目前在航天航空工业部门中主要应用于涡轮发动机的高温部件，如燃烧室的火焰筒、叶片、壳体及涡轮燃气导管等。但镍基合金的密度（ρ=8.89g/cm³)约为C/C复合材料（ρ=1.70g/cm³)的四倍，这将增加飞行器的重量，进而增加生产成本。如果能将镍基合金与C/C复合材料进行连接，不仅可以发挥两种材料的优异性能，还可减轻飞行器的重量，满足快速、轻捷及降低设计成本的目的。

目前，关于C/C复合材料与镍基高温合金连接的研究并不多，所用连接方法主要有钎焊和扩散焊。C/C复合材料与镍基高温合金连接的难度在于：（1）两者的物理化学性质相差大、化学相容性差、镍基合金难以润湿C/C复合材料的界面；（2）镍合金的热膨胀系数（12.5-16.3×10^-6/K,20-1000℃)与C/C复合材料的热膨胀系数（0-2.2×10^-6/K,20-2000℃）相差太大，导致接头在冷却过程中产生较大的热应力，诱导裂纹在接头连接界面或界面附近产生，最终导致接头过早失效断裂。

文献1“A novel approach to brazing C/C composite to Ni-based supperalloy using alumina interlayer,Yuanxun Shen,Zhenglin Li,Chuanyong Hao,Jinsong Zhang.Journal of the European Society,2012，32（1）：1769-1774”提出一种以AgCu钎料为中间层连接C/C复合材料与镍基合金的方法，该方法所获得的接头的弯曲强度仅为16MPa，且中间层与C/C复合材料的界面处存在明显的裂纹。

文献2“用Ni-Ti粉末做中间层连接C/C复合材料和GH3128镍基高温合金(英文)，郭领军，李贺军，郭琛，李克智，冯涛。稀有金属材料与工程，2011，40（12）：2088-2091”公开了一种碳/复合材料与镍基合金的热压连接方法，指出在C/C复合材料表面制备SiC涂层，不仅可以改善C/C复合材料对Ni-Ti中间层连结材料的润湿性，而且还有效缓解C/C复合材料与GH3128连接界面因热膨胀不匹配而造成的热应力。经过SiC涂层改性处理的连接接头，其室温剪切强度可达22.49MPa。

文献3“Cr与B对镍基高温钎料在C_f／SiC陶瓷基复合材料上润湿性的影响，张勇，张国庆，何志勇，冯涤。焊接学报，2007,28（12）：93-96”指出Ni-Cr-Si系高温钎料在3D-C_f／SiC上具有较好的润湿性，活性元素Cr通过与C_f／SiC发生界面反应促进润湿过程，当Cr元素含量为19.5％时，镍基钎料的润湿角为8.50。

连接前，在C/C复合材料表面制备SiC涂层，因SiC的热膨胀系数介于C/C复合材料与镍基高温合金之间，可以起到梯度过渡的作用，能有效缓解C/C复合材料与GH3128连接界面因热膨胀不匹配而造成的热应力。选取Cr含量为19%的Ni71CrSi镍基钎料，通过Cr元素与SiC涂层发生润湿反应生成Ni-Si和C-Cr化合物提高界面的结合能，以达到提高接头强度的目的。

发明内容

为解决C/C复合材料与镍基高温合金难以连接的技术问题，本发明提出一种C/C复合材料与镍基高温合金的钎焊连接方法，且获得的接头的剪切强度较高。

本发明提出的C/C复合材料和镍基高温合金的高温钎焊连接方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1、将C/C复合材料打磨抛光，在无水乙醇中超声波清洗，放入烘箱中烘干备用；

步骤2、利用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC涂层；

步骤3、将C/C复合材料与镍基合金的钎焊连接，具体过程如下：