[发明专利]以难熔金属为中间层的钛锆钼合金真空扩散连接方法

说明书

本申请公开以难熔金属为中间层的钛锆钼合金真空扩散连接方法，包括步骤：控制钛锆钼合金中碳含量为0.01wt%‑0.015wt；对钛锆钼合金的待连接面进行处理；采用铌箔或钽箔作为连接中间层；借助于真空扩散焊炉，在真空度10^‑2‑10^‑3Pa，连接温度1250‑1350℃，连接压力6‑12MPa，保压时间2‑6h条件下，实现钛锆钼合金的扩散连接；扩散连接后，对钛锆钼合金接头进行均匀化处理，促进钛锆钼中钼元素与中间层元素互扩散，改善接头界面区结构和力学性能；最后，以受控的方式冷却经过均匀化的钛锆钼合金接头，以得到钛锆钼合金扩散连接接头。该方法能够在实现良好原子扩散的同时保证接头的高温服役性能，使得制备得到的钛锆钼合金接头在常温和高温下均具有优异的力学性能。

技术领域

本申请涉及耐高温合金材料的连接方法，具体涉及一种以难熔金属为中间层的钛锆钼合金真空扩散连接方法。

背景技术

钛锆钼合金（简称TZM合金）是一种以钼(Mo)为基体，添加了少量钛(Ti)、锆(Zr)和碳(C)元素的钛锆钼合金，具有比金属钼更高的再结晶温度（1350℃-1400℃）、更优异的耐高温力学性能和腐蚀性能。因此，钛锆钼合金作为重要的耐高温结构材料，十分适用于航空航天、核电、电气电子、锻造模具等高温服役环境下的工程应用。

然而，在钛锆钼合金的焊接存在诸多难点。首先钛锆钼合金属于高温难熔金属，熔化焊接时易产生粗大晶粒，且裂纹形成倾向较大，从而使得接头力学性能显著下降。其次，钛锆钼合金在高温下易氧化，在焊接过程中若保护不利，易造成焊接缺陷

在现有技术中，常选用镍、钛等熔点较低的合金箔或纯金属箔作为中间层，采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering, SPS)扩散连接、热等静压扩散连接、真空扩散连接等方法实现钛锆钼合金的连接。SPS和热等静压扩算连接方法受限于设备能力，并需要配合模具使用，不适用较大连接面积工件的制备。而真空扩散连接工艺不工艺相对简单，较为适用于较大连接面积工件的制备。例如，学者张伟杰在其“TZM合金扩散连接工艺及机理的研究”中公开了用于钛锆钼合金的真空扩散连接工艺。在该文献中，公开了使用镍（Ni）箔中间层的扩散连接方法，通过该方法可以实现抗拉强度达到294兆帕（MPa）的钛锆钼合金接头。此外，其还公开了使用BNi2（镍基合金）中间层的瞬时液相扩散方法，该方法可以实现抗拉强度达到301MPa的钛锆钼合金接头。

然而，这些接头的常温抗拉强度仍不及母材钛锆钼合金的抗拉强度的50%。并且，钛锆钼接头中低熔点中间层的存在与钛锆钼合金高温服役的使用目的相悖，影响钛锆钼合金工件的高温服役性能。张伟杰一文还公开了使用高熔点难熔金属铌（Nb）作为中间层进行扩散连接的方法，然而通过该方法形成的接头的抗拉强度仅为24.8MPa，并且存在较多缺陷。换句话说，迄今为止，无法用难熔金属（如铌箔）作为中间层真空扩散连接形成有效的钛锆钼合金接头。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题，本申请提供一种以难熔金属铌和钽为中间层的钛锆钼合金的真空扩散连接方法，其能够在实现良好原子扩散的同时保证接头的高温服役性能，使得制备得到的钛锆钼合金接头在常温和高温下均具有优异的力学性能。

为了达到上述目的，本申请提供一种钛锆钼合金的真空扩散连接方法，其包括以下步骤：

-对钛锆钼合金的待连接面进行机械加工、预磨、抛光和超声波清洗并干燥，得到所述钛锆钼合金的经过处理的待连接面，其中，钛锆钼合金中碳含量为0.01-0.015wt%；

-对铌箔或钽箔进行酸洗、超声波清洗并干燥，得到经过处理的铌箔或钽箔，其中，所述铌箔或钽箔的厚度为60-100微米、纯度为≥99.5%；

-将所述经过处理的铌箔或钽箔装配在所述钛锆钼合金的所述经过处理的待连接面之间，得到装配体；