[发明专利]一种高熵合金钎料及其制备方法

说明书

本发明是一种高熵合金钎料及其制备方法，所述高熵合金钎料的化学成分及按原子百分比的组成为：Al：10％～20％，Cu：10％～20％，Co：10％～20％，Fe：10％～20％，Ni：10％～20％，Cr：10％～20％，Si：4％～12％，B：4％～12％，其制备方法包括以下步骤：按钎料成分称取熔炼所需的原材料；对原材料进行熔炼，得到高熵合金钎料锭；利用真空急冷快速凝固技术制备成高熵合金非晶箔带，或采用真空气雾化技术制备成高熵合金钎料粉末。所述高熵合金钎料具有很高的混合熵，其组织以固溶体组织为主，可用于TiAl合金与镍基高温合金这两种极异材料之间的钎焊连接，能同时与这两种被焊母材保持较好的相容性，获得较高的连接强度。

技术领域

本发明是一种高熵合金钎料及其制备方法，属于焊接技术领域，该高熵合金钎料用于TiAl合金与镍基高温合金两种极异材料的钎焊连接。

背景技术

TiAl合金具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是非常具有发展前途的轻质耐高温结构材料，可在750℃～860℃的高温下服役，被公认为是钛合金和高温合金的替代材料，在航空、航天、核工业、兵器、汽车等领域具有良好的应用前景。

对于TiAl合金，为了扩大其工程化应用范围，焊接技术将显得非常重要，尤其是TiAl合金与其它金属的连接。比如航空领域，高超声速飞行器金属热防护结构需要满足700℃～800℃的使用要求，拟采用TiAl合金与镍基高温合金组成的双合金蜂窝热结构的方案，可以大幅减小结构重量。钎焊是适合于这种双合金复杂精密结构焊接的方法之一，钎焊过程中，被焊母材和钎料被整体加热，钎焊温度高于钎料熔化区间，低于母材熔点，使得钎料熔化，而母材不熔化。但是，TiAl合金与镍基高温合金在物理化学性能方面存在着很大差异，其接头属于极异材料组合。两种材料成分差异很大，元素Ti和Ni又极异发生反应，形成Ti-Ni脆性化合物，且热膨胀系数存在差异，容易在连接区域诱发裂纹。此外，现有的钛基或镍基钎料，难以与这两种极异材料同时有良好的相容性，要实现其良好连接非常困难。

高熵合金是一种新型材料，一般可以定义为由五种或五种以上的主元素组成，每种元素按等原子比或近似等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，高熵合金具有良好的综合力学性能。根据最大熵产生原理，大的熵值能够使高熵相稳定，多组元产生的高的混合熵通过降低吉布斯自由能，有利于形成固溶体相或两相共晶组织，而不是金属间化合物。

针对TiAl合金与镍基高温合金钎焊连接的技术现状，可以借鉴高熵合金设计理论，选用TiAl合金与镍基高温合金中的主要元素设计制备高熵合金钎料，由于钎料中含有较多的母材元素，可大大增强钎料与母材的相容性。例如GH536镍基高温合金的主要构成元素为Ni、Cr、Fe等，TiAl合金主要元素为Ti和Al，如果研制的钎料中含有较多的这些元素，就可以同时增加钎料与两种母材的相容性。但是母材中的主要元素Cr、Ti、Ni、Co、Fe等熔点较高，可能会导致钎料熔点较高，进而使得钎焊温度升高。高的焊接温度会损害母材性能，或导致母材在焊接过程中过渡熔蚀。因此保证钎料有合适的熔化区间，也是该类高熵合金钎料设计的难点和关键所在。

发明内容

本发明正是针对上述问题而设计提供了一种高熵合金钎料及其制备方法，其目的是对TiAl合金与镍基高温合金这两种极异材料的连接提供技术解决方案，使连接接头具有与母材相匹配的耐热性，以拓宽TiAl合金的工程应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明技术方案提供了一种高熵合金钎料，该高熵合金钎料的化学成分及按原子百分比的组成为：Al：10％～20％，Cu：10％～20％，Co：10％～20％，Fe：10％～20％，Ni：10％～20％，Cr：10％～20％，Si：4％～12％，B：4％～12％。

在一种实施中，Al：15％～20％，Cu：15％～20％，Co：10％～15％，Fe：10％～15％，Ni：10％～15％，Cr：10％～15％，Si：5％～10％，B：5％～10％。