[发明专利]一种置氢Ti2

说明书

本发明涉及一种置氢Ti₂AlNb基合金与TC4钛合金低温扩散焊方法，将置氢的Ti₂AlNb基合金与TC4钛合金置于包套内，将包套抽真空并保持密封，将密封的包套置于热压设备上压头和下压头之间，升至设定的扩散焊温度后，通过上、下压头对包套施加设定的扩散焊压力，保温保压一段时间后卸压，随炉冷却。本发明采用包套限制氢的逸出，使扩散焊始终处于氢氛围条件下进行，解决真空条件下氢的逸出导致置氢作用显著下降的问题。该方法所获得的扩散焊接头具有韧性断裂特征，接头剪切强度高，无界面孔洞及裂纹等，且操作简单，对扩散焊设备无特殊要求。

技术领域

本发明属于材料焊(连)接技术领域，尤其是涉及一种置氢Ti₂AlNb基合金与TC4钛合金低温扩散焊方法。

背景技术

Ti₂AlNb基合金最初是在1988年由印度国防实验室Banerjee等人提出，随后得到了国内外学者的广泛关注和研究。该合金具有优异的综合性能，与常规钛基合金相比，表现出更高的抗蠕变性能；与Ti₃Al、TiAl等钛基金属间化合物相比，拥有更好的韧性和可加工性；与镍基高温合金相比，具有更为优异的比强度。因而Ti₂AlNb基合金有希望应用于航空航天领域，而针对航空件结构设计或经济性的要求，有必要实现Ti₂AlNb基合金与常规钛合金的高性能连接。

扩散焊(diffusion bonding)是一种通过光洁表面间的原子扩散使待焊面结合的固态连接技术，能够连接同种或异种材料。相较于熔化焊，扩散焊有效避免了材料的熔化和凝固以及异质元素的引入，从而易于获得高性能的连接接头。扩散焊技术已经广泛用于钛合金件的连接，也适用于Ti₂AlNb基合金与TC4钛合金的连接。然而，扩散焊往往要求材料在高温条件下长时间保温，过低的扩散焊温度和过短的保温时间容易导致焊合不良。一种行之有效的方法是在扩散焊之前进行置氢处理来改善材料的扩散焊性能。

热氢处理(thermohydrogen processing)是指将适量的氢作为临时合金元素引入材料中，从而显著改善其热塑性及组织的技术，这一技术尤其适用于钛及其合金。同时，钛合金中氢的引入能够提高钛及其它合金元素的互扩散能力。对于异种钛合金的扩散焊而言，两种材料接触表面的塑性变形和元素扩散是消除界面孔洞和实现冶金结合的重要途径。因而，钛合金的置氢处理能够通过改善其塑性和元素扩散性来加速扩散焊过程。

哈尔滨工业大学冯吉才和刘宏等研究了置氢TC4合金扩散焊性能，研究表明，合适的氢含量有利于加速扩散焊过程中界面孔洞的闭合，从而加速无缺陷扩散焊接头的形成。他们还发现，当温度超过约600℃，氢开始大量逸出，因而不得不采用快速加热的方式来减缓加热过程中氢的逸出，从而改善扩散焊性能，然而，由于需要快速加热，这样对扩散焊设备就有了更苛刻的要求，扩散焊件的形状和尺寸都受到严重限制(Feng J C,Liu H,He P,Cao J.Effects of hydrogen on diffusion bonding of hydrogenated Ti6Al4V alloycontaining 0.3wt％hydrogen at fast heating rate.International Journal ofHydrogen Energy,2007年；Liu H,Cao J,He P,Feng J C.Effect of hydrogen ondiffusion bonding of commercially pure titanium and hydrogenated Ti6Al4Valloys.International Journal of Hydrogen Energy,2009年)。

何鹏等采用置氢TC4中间层扩散连接了TiAl基合金，与TiAl基合金直接扩散焊相比，所需的扩散焊温度降低了260℃，从而实现了TiAl基合金的低温扩散焊，然而其只采用了置氢中间层，而未将待焊母材置氢，很大程度上降低了氢的作用效果。另外，对于复杂的扩散焊结构件使用中间层就会受到很大限制(申请公布号CN101176946A)。