[发明专利]采用高温CuPdW低热膨胀系数复合钎料钎焊碳基材料与镍基高温合金的方法

说明书

采用高温CuPdW低热膨胀系数复合钎料钎焊碳基材料与镍基高温合金的方法，本发明要解决碳基材料与镍基高温合金钎焊接头高温力学性能差的问题。钎焊方法：一、打磨碳基材料待焊表面；二、Sn‑Cr混合粉末和粘结剂混合制备金属膏；三、对涂覆好金属膏的碳基材料加热处理；四、腐蚀处理；五、超声清洗；六、打磨镍基高温合金待焊表面；七、将CuPdW钎料箔片放置在碳化铬改性的碳基材料待焊表面与镍基高温合金待焊表面之间，得到待焊件，以1150～1250℃的温度进行钎焊；八、降温。本发明在碳基材料表面制备碳化铬，实现非活性钎料在碳基材料表面的润湿，钎缝中形成耐高温、高塑形组织，接头强度高，服役温度可超过1000℃。

技术领域

本发明属于异种材料连接领域，具体涉及一种采用高温CuPdW低热膨胀系数复合钎料钎焊碳基材料与镍基高温合金的方法。

背景技术

碳基材料密度低，热膨胀系数小，具有极佳的高温性能，使用温度可高达2000℃，同时其具有卓越的导热、导电、抗热震等热学、电学和力学性能。因此，碳基材料广泛应用在航空、航天、机械、电子、核电、风电等重点领域，是新一代战机、导弹、高速飞行器、核反应堆等战略设施的关键结构和功能材料。然而，碳基材料塑形和延展性差，对于大尺寸和复杂结构件加工困难、生产成本高，单一材料难以满足其在工业生产中的实际应用，其往往需要与金属进行连接组成复合构件。镍基高温合金具有优异的高温机械强度与耐蚀性，被称为超合金，是目前应用最广的一类高温合金，广泛用于制造航天发动机、船舶、车辆、工业燃气轮机等热端部件，被誉为发动机的心脏。然而，其密度较大，增大了构件自身重量，降低了工作效率。将碳基材料与镍基高温合金进行连接，可以结合二者各自的优异性能，极大推动航空发动机、核电等工业领域的快速发展。因此，实现碳基材料与镍基高温合金的高质量连接，使接头获得可靠的高温强度，对于充分发挥二者的高温使用潜力具有重要意义。

钎焊是目前连接碳基材料与镍基高温合金应用最为广泛的方法。然而，二者的钎焊连接较为困难，尤其是使接头获得可靠的高温力学强度存在巨大的挑战。碳基材料难以被常规金属润湿，并且是一种脆性材料，几乎没有塑形变形能力。同时，碳基材料的热膨胀系数低，与镍基高温合金存在巨大差异，导致二者接头在焊后冷却过程中容易产生极大的残余应力。研究表明，采用高塑形钎料可以通过钎缝塑形变形缓解接头残余应力。然而，镍基高温合金作为新一代发动机热端部件等使用时，长期使用温度已经达到1000℃，常规银基、铜基等高塑形钎料难以满足接头在1000℃的高温强度要求。为了使二者钎焊接头可以最大程度发挥优异的高温性能，需要选用高熔点的钎料，目前常用的高温钎料包括硅基、钛基和镍基等钎料。采用Si-Zr等硅基钎料钎焊需要1400℃以上的超高温，这严重超过了镍基高温合金的承受温度。TiZrNiCu等钛基钎料塑形较差，且易与镍基高温合金发生强烈的化学反应，在接头中产生大量的脆性化合物，损害接头强度。而目前所用镍基钎料为NiCrSiB等非晶钎料，其中添加了大量的低熔点元素，易与碳材料发生化学反应生成大量的脆性碳化物，降低钎缝塑形变形能力。同时，在1000℃高温服役条件下，碳基材料母材热膨胀量低，而镍基高温合金母材和高温金属钎料则会发生巨大的热膨胀。因此，相比室温条件，在高温服役条件下，二者接头中存在更为严重的热失配应力。而目前常用的高温钎料热膨胀系数大、塑形不足，无法有效缓解接头在高温服役条件下的热应力，降低了接头强度。因此，开发一种适用于碳基材料与镍基高温合金钎焊的高塑形、高服役温度、低活性、低热膨胀系数的高温钎料，使钎焊接头获得在1000℃的可靠高温性能，对于充分发挥两种母材的高温使用潜力具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是实现碳基材料与镍基高温合金钎焊接头在1000℃高温条件下的可靠服役，解决现有碳基材料与镍基高温合金钎焊接头高温力学性能差的问题，而提供一种采用高温CuPdW低热膨胀系数复合钎料钎焊碳基材料与镍基高温合金的方法。

本发明采用高温CuPdW低热膨胀系数复合钎料钎焊碳基材料与镍基高温合金的方法按照以下步骤实现：

一、打磨碳基材料待焊表面，经过超声清洗和烘干，得到干燥的碳基材料；