[发明专利]热等静压扩散连接TiAl合金与Ti2AlNb合金环形件的方法

说明书

一种热等静压扩散连接TiAl合金与Ti₂AlNb合金环形件的方法，通过热等静压炉均匀的施加连接压力，利用异种合金之间的元素浓度差，在高温高压条件下，使元素扩散引起界面处的成分差异，进而发生反应，获得新的连接层，避免了施加机械力而导致的试样内部及其连接界面处存在较大的残余应力，实现了TiAl合金和Ti₂AlNb合金环形件的可靠连接。本发明在TiAl合金和Ti₂AlNb合金环形件的装配时，采用小锥度角配合，有效地降低了直角配合时脱焊的可能性，并有效的减少过盈配合时连接界面处所产生的压应力，有利于更加精确的控制接头的组织。本发明的工装简单、工艺简单、经济性好，有利于拓展TiAl系金属间化合物的实际工程应用范围。

技术领域

本发明涉及异种金属间化合物扩散连接技术领域，具体是一种TiAl合金和Ti₂AlNb合金环形件热等静压扩散连接方法。

背景技术

随着航空技术的飞速发展，对材料的高温性能要求越来高，为了满足高性能航空发动机的要求，人们开始研究新型的高温结构材料。TiAl系金属间化合物由于具有优异的比强度、比刚度和高温抗氧化、抗蠕变性能，其密度仅为镍基高温合金密度的一半不到，是钛合金使用温度上线和高温合金使用温度下线区间的唯一候选轻质结构材料，引起了材料研究者的广泛重视，并可能成为未来最具有发展潜力的轻质高温结构材料之一。但其本征脆性和难加工性严重限制了它的应用。热等静压扩散连接技术是近几年来发展迅速的异种金属连接工艺，通过原子间相互扩散使异种金属之间产生冶金结合，非常适合金属间化合物的连接，有效避免了连接界面生成大量的有害物质。在制备复杂结构件的时候，较传统的扩散连接方法，热等静压扩散连接技术可以连接接触面具有复杂形状的零件，并实现严格的尺寸控制，是一种精密成型连接工艺。对扩展Ti-Al系金属间化合物的应用范围有着重大意义。国内外学者对TiAl系金属间化合物的连接进行了大量的研究和探讨。

唐斌等人在公开号为CN103785944A的发明创造中提出了一种连接TiAl合金的方法。该方法先在较低的连接温度下对合金进行扩散连接，随后在1135℃退火保温2～12h,获得了良好的接头。但是，该方法只涉及同种合金的扩散连接技术及其组织调控方法，而未涉及异种合金环形件的扩散连接技术。

何鹏等人在公开号为CN101176946A的发明创造中提出一种以置氢钛合金箔片或置氢钛作为中间层的同种TiAl合金扩散连接技术。该方法采用置氢钛合金箔片或置氢钛作为中间层，有利于界面处元素的扩散，提高了TiAl合金扩散连接接头质量。同时，由于接头处形成Ti₃Al+TiAl双相(α₂+γ)组织，易在扩散连接界面处萌生裂纹，造成机构失效。

宋晓国等人在公开号为CN105798499A的发明创造中提出了一种采用复合金属箔连接TiAl合金的方法。该方法采用Ti箔和Nb箔作为中间层，提高了原子的扩散速度，获得了良好的连接质量。

贾建等人在公开号为CN 103447759A的发明创造中提出了一种热等静压扩散连接制备双合金整体叶盘的方法。其采用高温合金粉末作为粉末冶金涡轮盘和精密铸造叶片环连接部位的过渡连接层，降低了异种高温合金整体叶盘热等静压扩散连接的难度，提高了扩散连接接头的质量。由于需要填充粉末，因此在后期的热等静压处理过程中，界面很可能出现微孔，影响接头性能。

文献“Diffusion Bonding of Dissimilar Intermetallic Alloys Based onTi₂AlNb and TiAl”在不同的扩散连接参数下(900℃～1100℃，6MPa～30MPa，30min～180min)对 TiAl合金和Ti₂AlNb合金进行了扩散连接实验，获得了不同连接界面组织状态的连接接头，在优化的参数条件下获得的剪切接头强度可达TiAl合金的80％。但其只涉及异种材料的连接，未涉及环形件的连接。对于环形件的连接，其面临的难题将更加复杂和多样。