[发明专利]一种用于钎焊Nb-Ti高温合金的CoTiNb钎料的制备及钎焊方法

说明书

体心立方结构的Nb‑Ti固溶体合金具有熔点高，密度小，良好的室温塑性和中温强度，抗氧化性能好等特点。作为一种新型的高温材料，可以替代常规高温合金作为防热面板材料应用到航空航天领域。本发明提供一种用于钎焊Nb‑Ti高温合金的CoTiNb钎料的制备及钎焊方法，属于焊接材料领域。本发明中钎料的组分及含量按原子百分数为：Co：25～50％；Ti：25～50％；Nb：10～50％。采用真空电磁熔炼制备CoTiNb高温钎料，然后在1260～1380℃的钎焊温度下真空钎焊，钎焊时间为5～20min，钎焊接头室温剪切强度高于550MPa。本发明描述的钎料及钎焊方法还可用于其它Ni基、Ti基和Nb基高温合金的钎焊连接。

技术领域

本发明涉及用于钎焊Nb基高温合金的钎料制备和钎焊方法，属于焊接材料领域。

背景技术

Nb-Ti高温合金是一种新型的具有体心立方结构的(βTi,Nb)固溶体合金，其具有比镍基合金更高的熔点，良好的室温塑性和中温强度。Nb-Ti合金不仅力学性能好，而且在Nb中加入大量的Ti可大大提高Nb合金的抗氧化性能。根据Ti加入量的不同，这些合金的密度一般为6.2-6.9g/cm³，而高温合金的密度一般为8.1-8.6g/cm³，因此，Nb-Ti高温合金可以取代Ni及高温合金而应用到航天器的关键部件上。Nb-Ti高温合金中常添加其他合金元素对材料进行改性，其中性能比较优异的材料体系为65.95Nb-17Ti-3Al-4Cr-5V-2W-1.5Mo-1.5Hf(at.％)，本发明就以该成分体系的Nb-Ti合金作为焊接基体材料。作为一种新型的高温材料，要实现Nb-Ti高温合金的实际应用，其材料连接技术至关重要。目前，常见的高温合金的连接技术主要有三种，分别为熔焊、扩散焊和钎焊。其中，钎焊具有许多优点，如钎焊温度相对较低、可以对复杂形状的结构进行连接、可实现高精度连接，而且可实现异种材料连接，而且工艺简单。因此，钎焊技术在高温材料的连接领域获得广泛的应用。

选择合适的钎料对获得高性能的接头以满足基体材料在特定条件下服役至关重要。需要综合考虑钎料与基体材料的之间的物理和化学相容性、润湿性、及相匹配的热膨胀系数等因素。目前，常见的商用钎料中，Ag基、Al基和Au基钎料钎焊温度较低，钎焊接头的实际服役温度一般都低于500℃，不适合用于Nb-Ti高温合金的钎焊(Materials Science andEngineering A,2012,551:133-139)。在高温钎料中，主要以Ni基或Ti基钎料为主，这类钎料的钎焊温度一般位于1000～1300℃。如Ni-Cr、Ni-Cr-Si和Ni-Cr-B等钎料，Ti基钎料如Ti-Ni,Ti-Zr-Cu-Ni-Co,Ti-Cu-Ni,Ti-Ni-V和Ni-Ti-Nb等钎料被用于钎焊Ti₃Al、TiNi、镍基高温合金和C_f/SiC复合材料等(Journal of the European Ceramic Society 2003,23:547-553,Science and Technology of Welding and Joining,2011,16(2):193-198,Materials Science and Engineering:A,2015,636:522-528)。使用上述钎料的钎焊接头一般具有较高的结合强度和良好的抗氧化性能，同时，Ti、Cr和Nb等元素为活性元素，可与常见的陶瓷发生界面反应，提高钎焊接头的剪切强度。

针对不同的基体材料，钎料的成分和含量也应不同，但目前有关对Nb-Ti基高温合金的焊接的报导很少，没有合适的钎焊材料与相关工艺对其进行焊接，本发明主要解决Nb-Ti高温合金相关钎料和钎焊工艺缺乏的问题。

要实现对Nb-Ti高温合金良好连接，钎料与钎焊接头应满足以下几个方面要求：①需要寻求熔点尽可能高的钎料，具有良好的抗氧化性能，以满足其高温使用需求；②钎料与Nb-Ti合金具有良好的润湿性能；③钎焊接头的内应力应比较低，具有足够高的强度。

发明内容