[发明专利]用于TiAl合金/钢连接的Ti/Al+X复合中间层及扩散焊方法

说明书

本案提供了一种用于TiAl合金/钢连接的Ti/Al+X复合中间层及扩散焊方法，该扩散焊方法通过设计并制备Ti/Al+X(Cr，Mo)的三元叠层箔带；将TiAl合金与钢加工成所需的尺寸后，进行打磨、抛光、超声清洗；将三元叠层箔带置于待焊接合金表面，放入真空扩散焊设备中，施加压力，经加热、保温、冷却热循环后完成焊接。通过采用合适的Ti/Al+X(Cr，Mo)的三元叠层箔带中间层结构和厚度，调控连接过程的冶金反应和化合物的生成，可实现扩散连接过程的良好连接。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种用于TiAl合金与钢两种异种材料之间对接接头的扩散焊方法。

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。例如，在坦克和汽车制造中，可以采用TiAl合金替代铸造镍基高温合金制备涡轮增压器上的增压涡轮转子，能实现大幅的结构减重，从而提高工作效率。但这需要解决TiAl合金涡轮与钢轴的连接。然而，现有技术中实现TiAl合金与钢的良好连接较为困难。

有研究人员开展了无中间层直接扩散焊接TiAl合金与钢的试验，焊接温度930℃～960℃，焊接压力20MPa～25MPa，保温时间5min～6min，扩散焊接头室温拉伸强度为170MPa～185MPa，两种被焊母材在界面反应生成了FeAl、 FeAl₂化合物(P.He,etal.Microstructure and strength of diffusion-bonded joints of TiAl base alloyto steel[J].Materials Characterization,2002,48:401–406.)。 He等还采用了V/Cu复合纯金属箔为中间层进行了TiAl合金与40Cr钢的扩散焊接试验，焊前装配采用的接头形式为TiAl/V/Cu/40Cr，V和Cu纯金属箔的厚度分别为100μm和30μm，扩散焊参数为1000℃/20MPa/20min，扩散焊接头室温拉伸强度为210MPa(P.He,et al.Microstructure andstrength of TiAi/40 Cr joint difusion bonded th vanadium-copper filler metal[J].Transactions of the Nonferrous Metals Society of China,2002,12:811-813.)。以 Ti60Ni22Cu10Zr8合金为钎料进行TiAl合金与40Cr钢的钎焊时，接头剪切强度为32MPa。此外，专利CN102343468A提出了采用镍基钎料进行TiAl合金增压涡轮转子与钢轴的钎焊连接方法，钎焊方法为感应钎焊或真空钎焊。专利CN106141469A公开了一种用于焊接TiAl合金涡轮与调质钢轴的摩擦-扩散复合方法，该方法首先利用摩擦焊接技术，在不施加大的顶锻力的情况下，实现TiAl合金涡轮与高温合金中间体的焊接；然后利用真空扩散焊设备，合理调节TiAl合金涡轮与高温合金中间体界面组织结构，实现良好连接；最后对高温合金中间体与调质钢轴进行摩擦焊接，进而实现TiAl合金涡轮与调质钢轴的焊接。该方法工艺过程较为复杂，且实现TiAl合金与高温合金中间体的良好连接也较为困难。

因此，如何提供一种焊接方法，可以实现TiAl合金与钢两种异种材料之间的良好连接，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于TiAl合金/钢连接的Ti/Al+X复合中间层及扩散焊方法，以Ti/Al+X三元叠层箔带为中间层，实现TiAl合金与钢两种异种材料之间的良好连接。