[发明专利]一种高Nb-TiAl合金扩散连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl合金固态焊接领域，具体是一种用于降低高Nb-TiAl合金扩散连接温度，提高扩散连接质量，简化扩散连接工艺的扩散连接方法。

背景技术

TiAl合金，尤其是高Nb-TiAl合金（Nb的原子百分比为5%-10%，），凭借其低密度、良好的高温性能在航空航天发动机上极具有应用潜力，但TiAl合金的加工性能较差，难以制备复杂的结构件，限制了TiAl合金在工程中的实际应用。因此研究TiAl合金的连接技术对推进其实用化有着重要的作用。目前TiAl合金的焊接方法主要包括氩弧焊接、电子束焊接、激光焊接等熔焊方法和扩散焊、钎焊等固态焊接方法。在熔焊过程中易引起界面处组织改变，产生夹杂、疏松、热应力等缺陷。钎焊由于使用温度较低，不能满足TiAl合金在高温下的使用要求。相比较而言扩散连接技术是适合TiAl合金制备复杂整体机构件的重要成型手段，在满足结构设计和制造要求的同时可以提高材料的利用率，连接过程中可以有效避免熔焊所产生的缺陷，因而国内外学者对钛铝合金的扩散连接技术进行了大量的研究。

文献“The influence of initial microstructures on the diffusion bonding interface of high Nb containing TiAl alloy,Yinghao Wang,Xiansheng Qi,Xianlin Meng,Wenbin Li,Chuanyun Wang,Hongchao Kou and Jinshan Li.:Advanced Materials Research Vols.753-755(2013)pp396-401”对具有不同初始显微组织的高Nb-TiAl合金的扩散连接进行了研究。研究表明，具有全片层组织的高Nb-TiAl合金在950℃-30MPa-45min的扩散连接工艺下，焊接质量较差，焊缝明显，界面处组织未发生演化。欲得到较好的焊接质量，需提高扩散连接温度。许多其他文献如“Diffusion-bonding of TiAl.Yan,P.and E.Wallach,Intermetallics,1993.1(2):p.83-97.”等研究表明，要想获得无未闭合孔洞的钛铝合金的扩散连接接头，扩散连接温度要在975℃-1200℃之间，具体扩散连接温度要根据扩散连接时间和压力而定。扩散连接温度过高，不仅对扩散连接设备要求提高，而且增加了扩散连接成本，不利于扩散连接技术在钛铝合金典型构件中的应用。

文献“Diffusion bonding of investment castγ-TiAl,Cam,G and M.:Journal of materials science,1999.34(14):p.3345-3354.”对铸态γ-TiAl的扩散连接进行了研究，研究表明在1000℃-1100℃压力为20-40MPa条件下保压3个小时，可以获得无未闭合孔洞的焊接接头，但接头处焊缝仍然明显，经1430℃热处理后焊缝消失，扩散连接质量得到较大的提高。但是热处理温度过高，所获得的组织较粗大，降低了焊件的力学性能。

哈尔滨工业大学在公开号为CN101176946A的发明中提出一种以置氢钛或钛合金箔作为TiAl合金中间层的真空扩散连接技术，该方法采用置氢钛或钛合金作为中间层，有利于界面处元素的扩散及氧化膜的去除，提高了TiAl合金扩散连接接头质量。然而，接头处形成Ti₃Al+TiAl双相(α₂+γ)组织，虽然强度较高，但由于焊缝处组织与母材组织不同，易在扩散连接界面处萌生裂纹，使构件的力学性能下降。且扩散连接前，需对钛或钛合金进行置氢处理，增加了扩散连接工艺的复杂程度及成本，不利于工程化应用。