[发明专利]钎焊TiB+TiC混杂增强钛基复合材料与镍基合金的钛镍钎料及制备和钎焊方法

说明书

本发明公开了一种钎焊TiB+TiC混杂增强钛基复合材料与镍基合金的钛镍钎料及制备和钎焊方法，该钛镍钎料主要由原子百分比为64‑71%的Ti和原子百分比为29‑36%的Ni制备而成；钛镍钎料制备及钎焊的主要步骤包括金属粉末的球磨、压力成型、感应熔炼，并用所得钛镍钎料钎焊TiB+TiC混杂增强钛基复合材料与镍基合金。本发明中使用的钛镍钎料成本低、制作方法简单，可获得性能良好的TiB+TiC混杂增强钛基复合材料与镍基合金钎焊接头，具有很好的推广价值。

技术领域

本发明涉及钎焊技术领域，具体涉及一种钎焊TiB+TiC混杂增强钛基复合材料与镍基合金的钛镍钎料及制备和钎焊方法。

背景技术

陶瓷增强钛基复合材料兼具陶瓷与金属的双重特性，具有高的比强度、比刚度和良好的抗高温与耐腐蚀性能，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。目前，对于陶瓷增强钛基复合材料的成型及制备工艺、力学性能等进行了大量的研究，并取得了较为显著的科研成果。其中对于增强相而言，TiB和TiC由于拥有优异的热力学稳定性以及与钛基体非常相近的热膨胀系数（如TC4（Ti6-Al4-V）= 8.6×10^-6/℃，αTiB= 8.6×10^-6/℃和αTiC= 7.2×10^-6/℃）和化学相容性，从而引起了人们的关注。而在陶瓷增强钛基复合材料的实际应用过程中不可避免的需要将其与自身或其他合金进行连接。就单一的钛合金而言，其焊接工艺较为成熟，常规的焊接方法如熔化焊、扩散焊等均被广泛使用。而对于陶瓷增强钛基复合材料因为其由成分、结构和性能相差很大的金属和非金属材料复合而成，它们之间的物理、化学相容性较差，若使其与合金进行焊接，需要考虑金属-金属，金属-非金属的结合界面，因此，与Ti金属基体相比，陶瓷增强钛基复合材料的焊接性能具有很大的差异，存在焊接困难的问题。

目前，国内外科学研究工作者对陶瓷增强钛基复合材料的连接工艺进行了诸多探索，如扩散焊、熔化焊和钎焊等。其中扩散焊接工艺对连接试样表面的加工和连接设备的要求高，需要大的连接压力，且对焊件的尺寸和形状有限制，无法进行连续批量式的生产。对于熔化焊而言，由于熔化焊温度较高，增强相在焊缝处的分布较混乱，一旦增强相在焊缝聚集将有大量应力产生，导致接头强度降低。

对于陶瓷增强钛基复合材料的钎焊钎料合金，科研工作者对合金成分进行了探索。如中国专利CN201310137981.X“利用Ti-Zr-Ni-Cu钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法”是通过设计Ti-Zr-Ni-Cu非晶箔片，可以实现TiBw/TC4钛基复合材料的有效连接；文献报道黄超等人同样采用TiZrNiCu活性钎料对TiBw/TC4钛合金和C/C复合材料进行了钎焊连接（黄超,林铁松,何鹏.TiBw/TC4钛合金与C/C复合材料钎焊接头的界面组织结构[J].焊接学报，2011，32（7）：39-42.）。中国专利CN201310150024.0“一种复合钎料及制备方法以及利用该复合钎料钎焊TiBw/TC4钛基复合材料的方法”是通过粘结剂将TiB2颗粒均匀涂覆在TiZrCuNi非晶箔片上制备成复合钎料，然后钎焊TiBw/TC4钛基复合材料；中国专利CN201610092721.9“一种采用TiZrNiCu+B复合钎料连接Ti60与TiBw/TC4的方法”是采用TiZrNiCu+B粉状钎料钎焊钛合金Ti60和TiBw/TC4复合材料；上述专利或文献与本申请相比，其所用钎料主要为非晶TiZrNiCu钎料，制备工艺复杂，成本较高。此外，文献“Lin T.S.,Yang M.X.,He P.,et al.Effect of in situ synthesized TiB whisker onmicrostructure and mechanical properties of carbon-carbon composite and TiBw/Ti-6Al-4V composite joint.Mater.Des.,2011,32:4553.”采用了Cu-50Ni（wt.%）+TiB2陶瓷的复合钎料在918-978℃成功的获得了TiBw/Ti-6Al-4V复合材料/C-C复合材料钎焊接头，与本申请相比，Cu-Ni基超高温合金钎料熔点相对较低。