[发明专利]钛基非晶钎料、其制备方法及TC4态合金的钎焊方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种钎料，具体涉及一种钛基非晶钎料、其制备方法及TC4态合金的钎焊方法。

背景技术

目前，钛合金由于强度高、比重小、耐蚀性和生物相容性好使其在工业生产和社会生活中得到了广泛的应用，尤其是在航空航天、生物医药、化工、海洋工程、冶金和日用消费品等领域的重要性是其它材料无法替代的。随着钛及钛合金的大量应用，其钎焊工艺和所使用的钎料成分日益重要。

由于钛是化学活性极高的元素，使得钛及钛合金的钎焊工艺复杂，需要在真空或惰性气体保护下钎焊。而钛基非晶钎料由于具有活性高、耐热性、耐蚀性好、抗氧化性能优异、钎焊工艺性能良好的优点被认为是钛及钛合金钎焊最具有发展前景的钎料，同时在工业生产中正逐步代替昂贵的银基和钯金基钎料。一般情况下钛基非晶钎料主要添加组员包括Ti、Cu、Zr、Ag、Au、Ni、Al、V、Co、Be等元素，而现在工业化应用的钛基钎料为Ti-Zr-Ni-Cu。Zr与Ti无限互熔，所以Zr的加入量可以相对较多，并且Zr可以在不降低钛合金强度的同时，还可以显著提高钛合金的强度。Ni和Cu元素相对于钛合金而言属于活性β稳定元素，所以Ti基钎料中加入合金元素Ni和Cu的目的是降低钎料的熔点，同时还可以提高合金的综合力学性能，但是Ni和Cu可以与Ti反应形成化合物，而根据金属学原理可知，化合物具有高硬度，低塑形的特点，导致了焊缝性能的降低。因此开发一种低熔点、焊接性能良好、无化合物析出相的钛基非晶态钎料，对航空航天和社会生活的发展具有重大的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钎焊熔点低、价格低、润湿性和加工性能良好、无明显化合物相析出和钎焊强度高的钛基非晶钎料；并公开了一种钛基非晶钎料的制备方法，及以其对TC4钛合金钎焊的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种钛基非晶钎料，由Ti_aZr_bNi_cCu_dM_e和不可避免的杂质组成，按照原子个数百分比计，其中a为35～37，b为35～37，c为8～12，d为13～16，e为2～5，a＋b＋c＋d＋e=100，且M为Sn、Al、V中的至少一种。

所述钛基非晶钎料的元素组成为Ti₃₅Zr₃₅Ni₁₀Cu₁₅Al₅。

所述钛基非晶钎料的元素组成为Ti₃₅Zr₃₅Ni₁₀Cu₁₅V₅。

所述钛基非晶钎料的元素组成为Ti₃₆Zr₃₆Ni₁₀Cu₁₅Sn₃。

所述钛基非晶钎料的元素组成为Ti₃₅Zr₃₅Ni₁₀Cu₁₅Sn₅。

所述钛基非晶钎料中合金元素多元化和微量添加的主要作用有：①降低钎料的熔点；②增强钎料的润湿性和钎焊接头的综合性能；③增加非晶的形成能力。

本发明非晶钎料中各元素成分的具体作用简介如下：

Cu能提高非晶钎料的润湿性和熔化之后的流动性，有利于增强钎料的均匀性和耐蚀性；Zr为活性元素，可与Ti形成固体溶体，形成牢固的冶金结合；Ni可降低Ti的活性，提高钎焊接头的高温力学和化学性能；V为细化晶粒，能增加钎料与Ti-6Al-4V合金的润湿性；Al、Sn能降低钎料的熔点、细化钎焊晶粒，提高钎焊接头的综合力学性能。

上述钛基非晶钎料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照上述所对应的钛基非晶钎料元素配比配备各金属原料；

（2）将各金属原料混合后放入高真空电弧感应熔炼炉中进行熔炼，其真空度至少达到3.0×10^-3MPa，熔炼至少4次以保证所得母合金成分均匀；

（3）先将上述熔炼好的母合金剪碎装入石英管中，在放入感应式真空熔体快淬设备腔体中感应线圈里面进行定位；

（4）将感应式真空熔体快淬设备腔体的真空度抽至≤3.0×10^-3MPa的高真空；