[发明专利]一种用于钛合金与镍基高温合金异种金属钎焊的方法

说明书

一种用于钛合金与镍基高温合金异种金属钎焊的方法，涉及一种异种金属钎焊的方法。本发明是要解决目前Ti合金与Ni基高温合金钎焊接头脆性大、反应剧烈，Ti元素与Ni基高温合金中的元素极易反应生成脆性金属间化合物连续层，造成接头性能减弱的技术问题。本发明通过两步法成功实现了Ti合金与Ni基高温合金的钎焊，添加的Nb软性中间层起到双重作用：第一、成功阻隔了Ti与Ni、Cr、Au等元素的接触，解决了Ti合金与Ni基高温合金钎焊接头中脆性金属间化合物难以抑制的问题；第二、Nb软性中间层成功缓解了Ti合金与Ni基高温合金的热膨胀系数不匹配的问题。

技术领域

本发明涉及一种异种金属钎焊的方法。

背景技术

随着航空工业的快速发展，航空发动机的设计、材料与制造技术的进步对推进航空工业的发展起着关键性的作用。为提高航空发动机的推重比，在保证发动机性能不减甚至提高的前提下，通过结构设计降低发动机质量，这一轻量化策略是行之有效的。钛及钛合金由于密度小、比强度高、耐腐蚀、抗高温等优异特性，在各个领域获得广泛应用，尤其在航空、航天等领域被用作结构材料、耐热材料、耐蚀材料得到极大关注。Ni基高温合金由于其优异的高强度和高温环境耐腐蚀性，已广泛应用于航空发动机或工业燃气轮机的热端部件，如先进燃气涡轮发动机的扩散器和矢量喷管。实际上，为实现低密度的Ti合金部分替代Ni基高温合金，实现高温服役和显著的减重效果等多种功能，必然涉及两者的连接问题。Ti合金与Ni基高温合金化学成分差异巨大，极易形成Ti-Ni脆性金属间化合物，且两者存在热膨胀系数差异，容易在连接区域诱发裂纹。此外，商用的Ni基和Ti基钎料难以同时与两种母材产生相容性，实现两者的良好结合非常困难。因此，Ti合金与Ni基高温合金异种材料的连接是需要突破的关键技术。

目前对于钛/镍异种材料连接的研究集中于激光焊、固相扩散焊、电子束焊、爆炸焊、摩擦焊和钎焊等。其中，钎焊在异种材料连接中有着广泛的应用，可焊接性能差异较大的异种材料，且可以获得复杂的形状结构。在钎焊过程中钎料熔化而母材不熔化，因此对母材的影响较小，接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸较为稳定。有研究人员采用TiZrCuNi钎料钎焊了Ti₂AlNb合金与GH536高温合金，由于AlNi₂Ti、Al₃NiTi₂等脆性金属间化合物的生成，裂纹主要的萌生于此，整个接头发生脆性断裂(Chen-yangJiang,etal.Microstructure evolution and mechanical properties of TiAl/GH536 jointsvacuum brazed with Ti–Zr–Cu–Ni filler metal.Intermetallics,2022,142,107468)。还有学者采用Ti基非晶钎料钎焊了TiAl/GH3030，在接头剪切试验中，由于应力集中使得断裂界面发生在Ti(Al,Cu,Ni)和Ti(Al,Cu,Ni)₃金属间化合物层中，钎焊接头裂纹沿TiAl母材侧过渡区/中间焊缝界面扩展，表现出层状断口和脆性断裂特征(ShuaiLi,et al.Vacuumbrazing TiAlintermetallics to GH3030alloy with a multi-component Ti-basedfiller metal.Journal of Manufacturing Processes,2021,70,484-493)。

综上所述，Ti合金与Ni基高温合金钎焊的问题在于钎焊接头脆性大、反应剧烈，Ti元素与Ni基高温合金中的元素极易反应生成脆性金属间化合物连续层，是接头的薄弱环节。另外，还要注意钎焊温度要低于Ti合金相变点，防止Ti合金性能弱化，因此开发一种适用于Ti合金与Ni基高温合金异种材料的钎焊方法，将有利于其在工程实际中的应用。

发明内容

本发明是要解决目前Ti合金与Ni基高温合金钎焊接头脆性大、反应剧烈，Ti元素与Ni基高温合金中的元素极易反应生成脆性金属间化合物连续层，造成接头性能弱化的技术问题，而提供一种用于钛合金与镍基高温合金异种金属钎焊的方法。