[发明专利]铝基复合材料与钛合金钎焊用低熔点钎料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝基复合材料与钛合金钎焊用低熔点钎料及其制备方法，为Al‑Cu‑Si‑Sn‑Zn‑Mg系低熔点活性钎料，按质量分数由31~69%的Al、15~25%的Cu、5~15%的Si、5~15%的Sn、3~7%的Zn以及3~7%的Mg组成。还公布了其制备方法。本发明的目的在于提供一种高体积分数铝基复合材料与钛合金钎焊用Al‑Cu‑Si‑Sn‑Zn‑Mg系低熔点活性钎料及其制备方法，助力航空、航天和汽车等领域铝基复合材料与钛合金异种材料焊接构件的应用和发展。

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及一种铝基复合材料与钛合金钎焊用低熔点钎料及其制备方法。

背景技术

航空、航天及汽车等现代工业出于节能、减排等因素的考虑，在材料的结构设计与制造上提出了新的要求，结构轻量化、结构功能一体化和低成本设计与制造成为了新的发展方向。钛/铝异种合金的复合构件正是符合这种设计特点，存在着巨大的潜在应用价值。然而，钛合金与铝合金由于理化性能的差异，目前在应用方面仍然存在一定困难。其中，最主要的缺点就是铝合金的热膨胀系数与钛合金相差较大，当在航天航空邻域作为机载侦察及导弹导引光电平台的主要结构材料时，热膨胀系数相差较大会导致结构抗热载荷作用的能力变差，影响系统测量精度、视轴稳定与图像清晰度等关键技术指标。因此降低此类结构材料的热膨胀系数势在必行。

高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料具有比一般铝合金材料优良的比强度、比刚度、尺寸稳定性和耐磨损等性能，尤其是近年来该种材料制备技术的快速发展，成本大为降低，在航空航天、电子和汽车等领域的应用将越来越广泛。高体积分数SiCp/Al复合材料的刚度和疲劳强度远大于铝合金，接近或超过钛合金的水平，且热膨胀系数也小于铝合金。由于钛/铝复合构件在航空航天、汽车和化工等领域中属于很有发展前途的复合结构材料构件，如果采用高体积分数SiCp/Al 复合材料代替钛/铝复合构件中铝合金，那么构件的刚度和疲劳强度等将会得到很大的提高且焊接应力将会下降。

对于高体积分数铝基复合材料与钛合金的连接，由于两种母材理化性质的差异，采用熔化焊的方法并不合适，相比之下钎焊具有加热温度低，接头光滑平整，组织、机械性能变化小等特点，且焊接过程中母材并不会熔化，可有效减轻基体和增强相之间的界面反应，降低增强相被损坏的程度。此外，通过精确控制工艺参数可以稳定控制界面反应情况，从而达到理想的焊接界面反应层，提高焊接接头性能。

钎焊是实现铝基复合材料与钛合金连接的有效方法之一。但是，铝基复合材料与钛合金的钎焊存在很大困难，原因如下：1）铝基复合材表面被大量的SiC陶瓷颗粒占据，这些SiC陶瓷颗粒对常用钎料的润湿性极差；2）铝基复合材料的铝合金基体熔点较低（557℃），限制了钎焊温度，而较低的钎焊温度进一步恶化了SiC/钎料界面的润湿性。3）铝和钛的化学活性均较强，易形成氧化膜，降低润湿性。钛在高温下还极易与氧、氮和氢元素发生吸气反应。4）钛易与包括铝在内的多种金属生成脆性金属间化合物，影响接头力学性能。5）钛合金与铝基复合材料的钎缝中没有颗粒增强相的存在，焊缝金属的热膨胀系数仍可能与母材相差较大，冷却过程中产生的较大残余应力会使钎缝开裂。为此，目前有以下方法改善钎料与母材界面的润湿性以及热膨胀系数方面的差异：一是导入超声振动；二是研发在较低钎焊温度下也具有良好润湿性且热膨胀系数与母材相匹配的新型钎料。

为促进铝基复合材料在与航空航天等领域的应用，针对铝基复合材料与钛合金焊接用的低熔点钎料的开发成为亟待解决的问题。为实现低熔点，一般可采取两种方法：（1）施加超声振动，改善低温下P/M界面和M/M界面难润湿的问题；（2）设计优化钎料成分，在钎料中加入降熔元素、活性元素和低热膨胀系数元素以降低钎料熔点并增加对铝基复合材料与钛合金母材的润湿性以及热膨胀系数的适配性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高体积分数铝基复合材料与钛合金钎焊用Al-Cu-Si-Sn-Zn-Mg系低熔点活性钎料及其制备方法，助力航空、航天和汽车等领域铝基复合材料与钛合金异种材料焊接构件的应用和发展。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：