[发明专利]一种中间层合金及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接材料，具体是一种中间层合金，更为具体的说，本发明是Mar-M247高温合金瞬时液相扩散连接用的中间层合金，以及该中间层合金的制备方法和使用方法。

背景技术

镍基高温合金具有优异的力学性能，在各种动力机械设备上得到了广泛的应用，例如燃气轮机的叶片等。镍基高温合金在应用中通常涉及焊接处理工艺，例如重燃空心导叶的插件焊接、单只叶片的成组焊接等。由于镍基高温合金中含有较高百分数的γ’(Ni₃Al相)，传统的熔焊技术和钎焊技术因无法满足技术要求而难以适用。瞬时液相扩散连接(TransientLiquidPhaseBonding，简称为TLP连接或过渡液相扩散连接)是一种具有钎焊和扩散优点的连接工艺，能够产生很强的、无界面的、无中间层残留的焊接接头，被广泛应用到镍基高温合金的焊接处理上。

瞬时液相扩散连接的技术原理是，通过在被连接件之间放置含有降熔元素并与母材成分接近的中间层，加热至高于中间层熔点但低于母材熔点的温度，中间层熔化形成液相，在保持温度不变的同时，由于降熔元素硼向母材扩散而使得中间层液相含量逐渐降低，从而在高温下顺序凝固，形成连接接头。由此可见，瞬时液相扩散连接的一大关键技术点在于中间层合金的材料上。

目前，现有技术中所披露的关于镍基高温合金瞬时液相扩散连接用的中间层合金的技术很多，例如中国专利文献公开的“用于瞬态液相连接镍基单晶高温合金的中间层合金及其制备”(公开号：CN101497953，公开日：2009年8月5日)、“一种镍基合金中间层及其TLP焊高温合金新工艺”(公开号：CN104404307，公开日：2015年3月11日)等。这些中间层合金有些是针对于特定的镍基高温合金的，有些是一般镍基高温合金通用的。

Mar-M247高温合金是一种在地面燃气轮机及航空发动机中使用较为广泛的铸造高温合金，相较于一般的镍基高温合金而言，它具有优异的高温抗蠕变性能及耐疲劳性能(该合金体积中的γ’(Ni₃Al相)百分含量高达60％以上)。由于Mar-M247高温合金的特殊性，现有技术中没有披露出与其相匹配的中间层合金。目前，Mar-M247高温合金瞬时液相扩散连接通常采用一般的商用中间层合金，这些商用中间层合金，一方面，在瞬时液相扩散连接中难以达到技术要求的效果；另一方面，商用中间层合金所含的降熔元素(例如Si、P)容易形成对力学性能有害的析出相。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述Mar-M247高温合金的特殊性以及现有技术的不足，提供一种专门针对Mar-M247高温合金瞬时液相扩散连接用的中间层合金，以及该中间层合金的制备方法和使用方法。

本发明所采用的技术方案是，一种中间层合金，所述中间层合金用于镍基高温合金的瞬时液相扩散连接，所述中间层合金的化学成分按下述质量百分比计算：Cr2.5～3.5％、W8.0～11.0％、Co0.0～2.0％、Ta0.0～1.5％、B2.0～4.0％、余量为Ni和必要杂质元素；所述镍基高温合金为Mar-M247高温合金。

进一步的，所述中间层合金为厚度10～100微米的非晶态或微晶态的箔带状结构。

上述中间层合金的制备方法，包括下列顺序步骤：

1).按照中间层合金的配方量选取原料，原料中的化学成分Ni、W、Cr、Co、B、Ta的纯度不低于99.9％；

2).以真空感应熔炼方式将步骤1)的配方原料熔炼成合金锭；

3).在高纯Ar气保护下，采用单棍甩带机以急速冷却方式将步骤2)的合金锭进行快速凝固，得到厚度为10～100微米的箔带状中间层合金。

上述中间层合金的使用方法，包括下列顺序步骤：

1).将Mar-M247高温合金零件的连接端面进行打磨处理，使连接端面平整，精细测量待连接端面的尺寸；

2).将箔带状的中间层合金进行清洁处理；并将中间层合金裁剪成与待连接端面相近的形状，裁剪后的中间层合金相比待连接端面在长、宽方向均多出1～5mm；

3).将步骤2)的中间层合金放置在步骤1)的Mar-M247高温合金零件的连接端面上，使中间层合金处在两两相对的Mar-M247高温合金零件的连接端面之间并固定；