[发明专利]用于含钛材料钎焊的钎料、制备方法及钎焊方法

说明书

本发明涉及焊接技术领域，其提出了一种用于含钛材料钎焊的钎料、制备方法及钎焊方法。其中，该焊料包括：Ti元素、Ni元素、Nb元素和Zr元素，其中，各元素的重量百分比为：11.8％≤Ti≤13.2％；14.3％≤Ni≤15.9％；11.5％≤Nb≤12.9％；58.0％≤Zr≤62.4％。本发明实施例的钎料所得纯钛TA2接头抗拉强度和冲击韧性分别达到450MPa和9.2J/cm²的性能水平；TA2‑TA18异质接头的剪切强度和冲击韧性分别达到289MPa和5.5J/cm²的性能水平；TA2‑TC4异质接头的抗拉强度和冲击韧性分别达到446MPa和4.2J/cm²的性能水平。本发明可以在保证钎焊接头强度的前提下，降低现有钛材料用钎料的熔点，减少或者消除界面金属间化合物及改善钎焊接头韧性，可以用于含纯钛的钛材料薄壁结构的钎焊场合。

技术领域

本发明涉及焊接的技术领域，提出了一种用于含钛材料钎焊的钎料、制备方法及钎焊方法。

背景技术

钛材料(纯钛及钛合金)的钎焊技术从七十年代开始获得了较大发展，目前已开发了Ti-Cu-Ni、Ti-Zr-Cu、Ti-Zr-Ni、Ti-Zr-Be、Ti-Cu-Ni-Be、Ti-Zr-Cu-Ni、 Ti-Zr-Cu-Ni-Co、Ti-Zr-Cu-Ni-Fe等钎料体系。具有代表性的钛材料用钎料(重量百分比)如，Ti-14Cu-14Ni、Ti-25Zr-50Cu、Ti-13Zr-21Cu-9Ni、Ti-20Zr-20Cu- 20Ni、Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni、Ti-35Zr-15Cu-15Ni等。钛材料的钎焊温度(即钎料使用温度)一般应低于基体β相转变温度，从而避免基体在钎焊过程中发生晶粒粗化现象。

与传统带筋壁板结构相比，薄壁结构具有轻量化优势，如采用纯钛作为翅片与钛合金作为隔板的钛材料散热器，以及采用纯钛(Fe、C、N、H、O杂质含量总和不大于0.4％,重量百分比)、TA18(Ti-3.0Al-2.5V,重量百分比)、TC1 (Ti-2.5Al-2.0Mn,重量百分比)或TC4(Ti-6.0Al-4.0V,重量百分比)钛合金作为夹芯和TC4、TA18或SP700(Ti-4.5Al-3.0V-2.0Mo-2.0Fe,重量百分比)材料作为蒙皮的夹芯结构，这类结构同样需要遵循钎焊温度低于钛材料β相转变温度的原则。

申请人经研究发现：当纯钛作为薄壁结构的材料或材料组合之一时，具有如下特殊性：

1)纯钛的β相转变温度较低，其为882℃，而其他钛合金如TC4、TC1 和TC6，其β相转变温度分别是980℃～1010℃、930℃～960℃和960℃～1010℃；SP700钛合金的相变点为885℃-890℃。因此，一些适合于其他钛材料的钎料会因熔点偏高而不适宜钎焊纯钛，如Ti-15Cu-15Ni的熔点为940℃-945℃。

2)目前开发的Ti-Zr-Cu-Ni和Ti-Cu-Ni钎料体系，对应钛材料钎焊接头极易出现金属间化合物，这归因于Ti元素化学活性较强，Ti与大多数金属元素都会在高温下形成金属间化合物，如Cu、Ni、Fe、Co、Cr等合金元素，见表1。

表1-钛材料钎焊接头界面组织

金属间化合物不仅在钎焊降温过程中难以发生分解，且由于其晶体内以共价键存在而具有高强度和低韧性的性能特点，导致钛材料钎焊接头易发生脆性断裂、接头强度低。当材料厚度较薄时如0.05mm～1.0mm，薄壁结构经过热过程更易导致原材料组织粗大和性能衰减。一般建议采用不太长保温(如保温 10min-30min)的工艺方法进行制造，以维持基体组织结构和性能。因此，尽管通过过分延长保温时间会实现减少或者消除金属间化合物，但这不适用于薄壁结构。