[发明专利]钛—铜—镍钎焊填充金属

说明书

本发明涉及钎焊填充金属，特别是涉及含有钛、铜和镍的钎焊填充金属。这类填充金属可用来钎焊钛基制品。

除了纯粹的机械方法外，现有技术还提供了三种连接钛基制品的方法，即：焊接、钎焊和扩散接合。第四种方法，即液相界面扩散接合法，可被认为是钎焊和扩散接合方法的综合。焊接、钎焊和液相界面扩散接合方法，都是采用填充金属来连接制品的接头。

美国专利第3，652，237号介绍了一种用来钎焊钛基制品的钎焊填充金属组合物。该填充物被制成箔片，其组成按重量百分数计为Ti-15Ni-15Cu。该填充物具有一种复合结构，其特征在于由一层或多层外面包有一层钛的铜镍薄片所组成。该箔片存在两个严重的问题：第一，当填充金属熔化时，该液体必然会渗入存在于箔片表面上和每一制品接合表面上的氧化钛层。这种氧化物的障碍物不利于形成较佳接头。第二，人们发现接合面间的间隙必须较窄，以避免钎焊缝中产生空隙和裂缝。这种空隙和裂缝显然是由于液态填充金属未能充分地进入被连接的制品间的间隙而引起的。

美国专利第4，026，677号、4，034，454号和4，034，906号介绍了其他铜钎焊箔片。这些箔片一般为Ti-50Zr箔片，具有一层Cu，或具有Cu和Be层。由于Be的毒性，其应用受到了限制。Ti-Zr-Cu箔片的低熔点则影响了其若干应用。

美国专利第3，683，488号介绍了用于将蜂窝结构连接到一面板的各类钎焊合金。将诸如Au、Ni、Ag和Cu的金属层电镀于蜂窝室壁上。尽管，在蜂窝结构上电镀是很困难，但是工程师们已找到了更为有效的钎焊方法。

用于钛的液相界面扩散接合的填充金属一直是很多专利的主题，例如见美国专利3，768，985号和3，769，101号、3，854，194号、3，981，429号、4，029，479号和4，318，965号。这些专利都介绍了一种Ni-Ag-Cu填充金属系统，其中铜和镍以相等的数量存在。将这三种元素的金属层镀在所要连接的其中一个部件的接合面上，或镀在一种很薄的钛箔片上，然后将该钛箔片置于部件之间。电镀的箔片总厚度为15微米。这种薄型填充物仅仅能向接头提供一小部分液体，并且由于在接合过程中产生的快速扩散，该填充物只能在很短的一段时间呈液态（见美国专利3，854，194号第5段37行）。这种快速扩散可能会妨碍接头的充分形成。此外，用于这些填充金属系统的较佳液相界面扩散接合的温度约为97℃（见美国专利3，981，429号第3段7行），而这一温度可能会阻碍填充金属系统与某些钛合金的连接。另外，已观察到，用含银的填充金属连接的钛基制品在使用过程中过早地断裂，这些断裂现象似乎开始于连合过程中所形成的Ti-Ag金属互化物。

按美国专利3，957，194号，将铜层、镍层及铜层依次镀在钛金属蜂窝室壁上，以进行液相界面的扩散接合。如上所述，在蜂窝结构上镀敷是不理想的。

尽管采用用来连接上述钛基衬底的填充金属可有效地进行钎焊和液相界面扩散接合，然而，这类填充金属都各自有一个或一个以上的缺点，限制了其应用。所以，研究人员一直在努力改善现有的技术。具体地说，他们一直在设法找到一种更佳的填充金属，用以钎焊钛基制品。这种填充金属的熔化和凝固特征是容许接合面间存在较宽的间隙，而同时，钎焊接头的抗拉性能与母材相当。

按本发明，钎焊填充金属主要由钛（或其一种合金）、镍和铜组成，其中镍与铜的重量比约为1.2-1.85，Ni+Cu的组合含量约在39～51（重量百分比）之间。较好的是，填充金属具有一个中心钛基部分，紧邻接于铜层和镍层。最好是，铜层邻接于中心的钛基部分，镍层邻接于铜层。最佳的填充金属成分（按重量百分比计）约为Ni28，Cu17，余量为Ti。在钎焊钛或钛基合金的金属制品时，这种填充金属特别有用。这种填充金属同样可用于钛基合金与以镍、铁或钴为基的合金钎焊。

已发现，本发明镍和铜数量不等的填充金属成分较现有技术镍和铜的量相等的钎焊和液相界面扩散接合填充金属，具有更好的钎焊性能。具体地说，当本发明的填充金属熔化时，其流动性要比现有技术的填充物好得多。这就是说，它们能更好地填充接合面之间的间隙，并能保证顺利而又牢固地钎焊具有较宽间隙的组件。

通过下面的附图和最佳实施方案的描述，将更清楚地说明本发明的上述和其他目的的特征以及优点。

图1a是呈薄片状的填充金属的剖面示意图;

图1b是呈线材状和粉末状的填充金属剖面图;

图2表示在钎焊试验中所测定得到的填充金属的各种成分图。