[发明专利]一种含有Sn和Bi的无铅镍基焊料的冶炼工艺

说明书

本发明公开了一种含有Sn和Bi的无铅镍基焊料的冶炼工艺，属于金属冶炼和铸造技术领域。该无铅镍基焊料中含有Sn和Bi元素，其冶炼工艺包括：(1)将除Sn和Bi之外的合金原料在真空条件下进行熔炼，得到合金熔体；(2)在惰性气氛下向合金熔体中加入Sn和Bi元素，加入方式为两种：第一种方式为：直接加入Sn和Bi元素的单质原料；第二种方式为：以Ni‑Bi‑Sn中间合金的方式加入；(3)进行低温熔炼，得到所述含有Sn和Bi的无铅镍基焊料。本发明适用于制备富低熔点元素无铅镍基焊料，可改善易挥发元素的成分控制准确性，进而提高产品质量，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及金属冶炼和铸造技术领域，具体涉及一种富含低熔点元素的镍基焊料的冶炼工艺。

背景技术

镍基高温合金通常被用于制造燃气、涡轮等发动机的主要结构件，需在超高温环境下进行服役工作。一方面，由于镍基高温合金构件通常具有复杂结构，因此需要通过焊接方式将不同的铸件(锻件)焊接成整体结构，但由于合金的熔点较高，且由于镍基高温合金具有复杂的合金化体系，因此，对于焊料的成分控制较为严格，应避免出现焊接区域与构件主体成分、组织差异较大，造成构件局部力学性能较差的情况。另一方面，镍基高温合金构件在服役使用期间常常出现疲劳裂纹、磨损等损伤，为延长构件的使用寿命，通常需采用钎焊等工艺对构件的表面损伤进行修复。因此，为提高焊接工艺的可操作性，需要降低制备焊料的镍基合金料的熔点，因此Pb、Si、Mn等降低高温合金承温能力的元素被广泛用于制造低熔点镍基合金料。在焊接期间，Pb、Si、Mn等元素可在焊料融化期间挥发，使焊接区的低熔点元素含量降低，因此，对于制备焊料的镍基合金料中低熔点元素含量的控制尤为重要。

随着现代社会对环境保护意识的不断增强，无铅化已经是大势所趋，因此，开发无铅焊料具有十分重要的科学及工程意义。近年来研究发现，Sn、Bi可在一定程度上替代Pb，成为无铅焊料的主要成分特征之一。由于Sn、Bi的熔点较低，分别为232℃和271℃，并且可大幅度降低镍基合金的熔点，并且Bi的沸点仅为1560℃，且具有较强的挥发性，因此采用含Sn、Bi的钎料进行钎焊时，可通过焊接时产生的高温将焊料中的大部分Bi去除。当焊料中Sn、Bi等元素含量较低时，焊料的熔点较高，不利于焊接操作；而当焊料中Sn、Bi等元素含量较高时，残留在焊接区域的Bi、Sn元素可造成钎焊区域高温力学性能较差，导致合金构件易于发生高温损伤，因此，焊料中Bi、Sn的含量控制十分关键。

通过真空感应炉制备含Sn、Bi的焊料时，Bi、Sn不仅会产生较大程度的烧损，还可对感应炉造成一定程度的污染，并且Bi的烧损量较难控制，提高了成分控制的难度。因此，如何精确控制Bi、Sn元素的添加量，以及制定冶炼工艺是制备无铅焊料的主要难点之一。

发明内容

为了提高无铅镍基焊料的成分准确性，本发明提供一种含有Sn和Bi的无铅镍料的冶炼工艺冶炼工艺，通过向熔体中直接添加Sn、Bi等元素进行直接熔炼，或通过制备Ni-Bi-Sn中间合金，以中间合金形式向熔体中添加Sn、Bi等元素的方式，制备无铅镍基焊料，达到准确控制焊料中Sn、Bi含量的目的，对提高无铅镍基焊料的制备技术及焊料质量具有重要的科学及经济意义。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种含有Sn和Bi的无铅镍基焊料的冶炼工艺，该无铅镍基焊料中含有Sn和Bi元素，该无铅镍基焊料的冶炼工艺包括如下步骤：

(1)将除Sn和Bi之外的合金原料在真空条件进行熔炼，得到合金熔体；

(2)在惰性气氛下(氩气)向合金熔体中加入Sn和Bi元素，加入方式为两种：第一种方式为：直接加入Sn和Bi元素的单质原料；第二种方式为：以Ni-Bi-Sn中间合金的方式加入；

(3)进行低温熔炼，得到所述含有Sn和Bi的无铅镍基焊料。