[发明专利]一种MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法

说明书

本发明涉及MAX相基陶瓷材料的电弧焊接领域，具体为一种MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法，实现MAX基陶瓷材料之间的相互连接或者MAX相基陶瓷材料和其他材料的连接。该方法主要步骤有：(1)对待焊接的MAX相陶瓷材焊接处进行预处理，选取焊丝材料。(2)将待材料置于加热系统中，到温后保温一段时间。(3)选取合适的焊接方法和设备，设定焊接使焊接参数至合适值。(4)进行电弧‑热扩散复合焊接。(5)焊接完成后保温一段时间，逐渐降低焊接处材料温度。(6)对焊接完成后的块体进行热处理。本发明涵盖技术路线种类多，可视不同的部件需求、焊接要求、设备条件等因素进行选择使用，其技术适应性和可移植性好。

技术领域

本发明涉及MAX相基陶瓷材料的电弧焊接领域，具体为一种MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法。

背景技术

MAX相陶瓷(如：Ti₃SiC₂、Ti₂AlC、Nb₂AlC等)是一类具有众多独特优异性质的可加工陶瓷，这种可加工陶瓷同时具有共价键、金属键、离子键，所以兼具陶瓷和金属的性质，如：陶瓷材料的高熔点、抗氧化和抗腐蚀能力、金属的导电性、可加工性、损伤容抗、抗热冲击等性能，纳米陶瓷的耐辐射损伤性，上述特点使得MAX相陶瓷及其陶瓷基复合材料有望在高温服役部件、耐摩擦部件、导电元件、耐蚀部件、核工业部件等重大领域获得应用。

然而，目前烧结制备的MAX相基陶瓷，尤其是加压烧结制备的MAX相基陶瓷材料，普遍受烧结设备等因素限制，无法实现大尺寸部件和形状复杂部件的烧结制备。同时，虽然MAX相基陶瓷材料具有上述优点及优异性能，但是在很多使用场合下其优异性能只在整体部件小区域发挥作用，MAX相陶瓷需作为该区域性材料连接到整体部件上。因此，研究能将MAX相基陶瓷材料或MAX相基陶瓷材料与其他材料连接起来的焊接技术非常具有价值。

但是，目前已经公开的关于MAX相焊接的专利和文献中报道的方法都具有局限性。如：广泛报道采用的热压扩散法需在热压炉内完成，受热压设备限制无法实现大尺寸部件连接。采用钎焊的方法将焊件放在模具中，然后将模具放在真空加热炉中，对焊件施加机械压力进行焊接，也能对MAX相基陶瓷材料进行连接。上述方法同样受设备和方法的因素影响，无法实现大尺寸部件的连接。

电弧焊接技术，包括钨极氩弧焊(GTAW或TIG焊接)、等离子弧焊(PAW)和熔化极气体保护电弧焊(GMAW或者MIG焊接、MAG焊接)等都是工业上成熟的用于各种尺寸金属材料焊接的技术。但是由于MAX相特殊的材料性质，上述焊接方法还未在MAX相基陶瓷材料连接中有成功实现的文献报道。

发明内容

本发明目的是提供一种广泛适用的、高效便捷易于操作和不受场地及设备限制的MAX相基陶瓷材料基于电弧焊接技术的复合焊接方法，通过使用基于电弧焊接技术的复合焊接方式，实现MAX相陶瓷与金属焊料的有效连接，解决电弧焊接技术在MAX相基陶瓷材料连接中应用的难题。

本发明的技术方案是：

一种MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法，采用电弧焊接的方法，使用焊丝作为填充焊缝的材料，使焊丝材料完全填充焊缝或连接焊接面，实现MAX基陶瓷材料之间的相互连接或者MAX相基陶瓷材料和其他材料的连接。

所述的MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法，电弧焊接方法是钨极氩弧焊、等离子弧焊或熔化极气体保护焊。

所述的MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法，电弧焊接过程中，采用氩气或氦气不与MAX相基陶瓷材料和焊丝在高温下反应的惰性气体保护，或者在真空条件下焊接。

所述的MAX基陶瓷材料的电弧热扩散复合焊接方法，焊丝材质是镍铬合金、镍硅合金、铁铬铝合金或纯镍焊丝。