[发明专利]一种Ni3Al基单晶合金的高性能钎焊方法

说明书

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种Ni₃Al基单晶合金的高性能钎焊方法。应用了一种新型耐高温Ni‑Cr‑W‑Mo‑Si钎料并提出了一种适用于该钎料和Ni₃Al基单晶合金的钎焊工艺，主要包括焊前清理、装配定位、预置钎料、真空钎焊、焊后热处理步骤。使用本发明所用的焊料和工艺可获得优良的钎焊接头组织，钎缝与母材界面结合良好，同时钎焊缝无焊接缺陷和低熔点相，按工艺钎焊的Ni₃Al基单晶合金钎焊接头具有满足使用要求的较高力学性能。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种Ni3Al基单晶合金的高性能钎焊方法。

背景技术

针对航空发动机涡轮叶片服役性能的需求，国内自主研发了具有高熔点、低密度、抗氧化性好、高温强度高等特性的Ni3Al基单晶合金，并且在先进航空发动机性能提高的推动下不断得到发展，新一代Ni3Al基单晶合金的承温能力已达到或超过了1100℃。

随着Ni3Al基单晶合金材料的应用，使得与其相关的加工技术倍受关注。尤其是在该合金的焊接技术方面，不仅要求焊接接头高温条件下具有高强度，而且要求控制焊接对单晶合金母材组织及性能的影响。Ni3Al属于Ni-Al系金属间化合物，Ni3Al基单晶合金中Al、W、Ta等元素含量相对较高，因此采用氩弧焊、激光焊、电子束焊接、等离子弧焊等熔焊方法难于焊接，不仅易产生裂纹，且熔焊过程中因母材局部熔化冷却产生再结晶而对其组织及性能均会产生较大影响；瞬间液相扩散连接（TLP）虽可实现Ni3Al基单晶合金的有效连接，但TLP扩散焊的保温时间较长（一般20h以上）、效率低、成本较高，且焊前装配及焊缝间隙控制要求严格，工艺适用性不佳。真空钎焊是通过液态钎料填充固体母材间隙并相互作用进行材料连接，有利于保证焊后基体材料的组织及性能；特别是在单晶材料焊接上，真空钎焊拥有极大的优势，甚至是不可替代，已成为Ni3Al基单晶合金高性能钎焊连接的重要研究发展方向，需要解决的技术关键是新型耐高温钎料及钎焊工艺的研发。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种Ni3Al基单晶合金的高性能钎焊方法，应用了一种新型耐高温钎料并提出了一种适用于该钎料和Ni3Al基单晶合金的钎焊工艺。

具体包括以下步骤：

步骤一：焊前清理：

采用机械加工去除经过了固溶热处理后的Ni3Al基单晶合金表面的氧化皮，并加工成需要尺寸的待焊母材；装配前超声波清洗15～20min去除待焊母材表面的油污及其它杂质。

步骤二：装配定位：

在夹具上，沿轴向将两个待焊母材的待焊端对接组合，控制待焊接头的钎焊间隙50～200μm，用储能点焊将高温合金片固定在待焊接头两侧待焊母材上实施待焊接头定位，制成待钎焊装配件。对于待焊端为圆柱形的待焊母材，优选采用三个高温合金片沿待焊接头处的圆周均匀分布，相互间隔120°。

步骤三：预置钎料：

配制钎料，所述钎料为粒度-100～-200目的Ni-Cr-W-Mo-Si合金粉末，其化学成分为：Cr： 15.0%～18.0%；W：6.0%～8.0%；Mo：5.5%～7.5%；Co：3.0%～5.0%；Al：1.5%～3.5%；Ta：1.0%～2.0 %；Si：2.0%～3.0%；B：≤0.6%；Ni：余量。

将所述钎料用钎焊粘结剂调制成膏状钎料，钎焊粘结剂与钎料的质量比例为1：8～1：10；用涂敷器将膏状钎料涂于步骤二中得到的待钎焊装配件的待焊接头处，膏状钎料体积用量为待焊接头钎焊间隙容积的4～5倍，涂敷膏状钎料后将待钎焊装配件置于烘干箱内对膏状钎料进行固化处理。

步骤四：真空钎焊：