[发明专利]一种复合高熵钎料涂层激光钎焊陶瓷和金属的方法

说明书

本发明涉及一种复合高熵钎料涂层激光钎焊陶瓷和金属的方法，解决使用传统钎料真空钎焊陶瓷‑金属过程中接头中产生大量的脆性金属间化合物，造成接头性能差的难题。其中复合高熵合金钎料涂层通过激光熔覆或者超音速喷涂工艺在陶瓷基体上制备，下层为金属Ni涂层，上层为高熵合金涂层。制备好涂层后，将待焊陶瓷基体和金属采用超声波清洗后，装配成搭接接头结构，在氩气保护下利用光纤激光器作为热源来钎焊陶瓷与金属。该发明操作简单，使用激光作为热源，缩短了焊接时间，提高了焊接效率。同时利用高熵合金的高熵效应使得钎缝中不会脆性金属间化合物，有效提高了接头的强度和韧性。

技术领域

本发明属于异种材料连接技术领域，具体涉及一种复合高熵合金钎料涂层钎焊陶瓷与金属的方法

背景技术

陶瓷是人类最早发明的人工材料，在人类漫长的发展历史中发挥着重要的作用。陶瓷材料具有高的强度、硬度以及良好的耐磨性、耐蚀性等一系列良好的物理化学性能，在机械、冶金、航空航天、医学等领域有着重要的作用。但是随着现代工业的发展，要求材料在更加苛刻的条件下进行可靠地工作，因此高的脆性和低的延性作为陶瓷材料的一大缺点被无限放大。由于很难加工成结构复杂的零部件，很大程度上限制了陶瓷材料在生产和科技领域的使用。而随着连接技术的发展，人们发现将金属和陶瓷通过连接技术连接在一起，可以将金属材料的强韧性和良好的塑性等优势与陶瓷材料的优势结合在一起，这就在很大程度上扩展了陶瓷和金属的应用领域和范围。

陶瓷与金属的连接目前已经有了大量的研究，通过陶瓷表面预金属化和在金属钎料中添加活性元素的方法一定程度上解决了金属钎料在陶瓷上难以润湿的问题，但是接头中产生的金属间化合物直接影响接头的机械性能，降低接头的强度。有研究者提出使用高熵合金作为钎料来连接陶瓷和金属，利用高熵合金的高熵效应来解决这个难题。如哈尔滨工业大学冯吉才等人使用等摩尔比的FeCoNiCrCu高熵合金在真空下成功钎焊连接了ZrB2-SiC-C复合陶瓷和GH99镍基高温合金，但是由于高熵合金的熔点较高，钎焊温度达到1200℃左右，且钎焊保温时间最长达到了120min，由于保温时间过长，基体与高熵合金之间的原子扩散一定程度上影响钎缝金属的成分含量，使得接头的强度降低。目前高熵合金涂层的制备技术多是用于表面改性，而基本没有用于钎焊，且高熵合金制备成涂层后更有利于钎焊，但是高熵合金的熔点较高，如果使用真空焊接或者扩散焊等常规钎焊方法，钎焊的时间较长，效率低。因此使用激光焊接，钎焊时间短，抑制扩散，保证钎缝金属的高熵合金成分。

发明内容

针对上述现有技术工艺存在的不足，本发明的目的是提供一种复合高熵钎料涂层激光钎焊陶瓷和金属的方法，一方面利用高熵合金的高熵效应来抑制陶瓷和金属钎焊过程中脆性金属间化合物的产生，另一方面使用激光钎焊陶瓷与金属，钎焊时间短，一点程度上减少了钎缝金属与基体之间的原子扩散，从而提高接头强度。

高熵合金涂层又称多主元合金涂层，是一种新型合金涂层。受高熵效应的影响，涂层的组织结构主要由单一的BCC、FCC或者HCP固溶体相构成，且易于形成非晶、纳米晶和纳米复合物，呈现出优异的综合力学性能，其在钎焊领域具有广阔的应用前景。

激光钎焊作为一种新的钎焊方法已经广泛应用于连接陶瓷和异种金属的连接，激光钎焊具有加热时间短、激光照射时间和输出功率易于控制、重复性和操作性好、成品率高，且由于是局部加热，母材不易产生热损伤，接头变形小，减少了接头产生金属间化合物和裂纹的倾向，显著提高了陶瓷和异种金属的焊接质量。

一种高熵合金复合钎料涂层激光钎焊陶瓷和金属的方法，其特征在于使用激光熔覆或者超音速火焰喷涂工艺，在陶瓷基体上首先制备一层金属涂层，金属涂层为厚度20-50μm；然后在金属层上制备高熵合金涂层，最后将制备好涂层的陶瓷和金属组装成搭接接头，并用卡具固定后进行激光钎焊；高熵合金涂层为厚度40-150μm的高熵合金NiCuCoFe_0.25Mn_1.75或者Al_0.3-2.8NiFeCrCoCu；