[发明专利]一种镍基高温钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基钎料及其制备方法。

背景技术

C/SiC陶瓷基复合材料是一种新型超高温结构材料，在航空航天、武器装备等领域具有广阔的应用前景。由于其制备和成形方法的限制，使其很难直接应用于上述领域的热结构部件。镍基超高温合金具有优良的高温性能，是一类重要的高温金属结构材料，实现C/SiC陶瓷基复合材料与镍基超高温合金的可靠连接具有重要的工程意义。

目前有关C/SiC复合材料的钎焊连接报道极少，主要是由于复合材料化学活性低，常规钎料难以润湿其表面。而已见报道的AgCuTi系活性钎料由于其熔点低而不能满足高温使用要求。寻找新的适宜连接C/SiC复合材料的高温钎料是一个亟待解决的问题。在高温系钎料中，相比昂贵的Pd基和Co基钎料，Ni基和Ti基钎料更具实用价值。而考虑到镍基超高温合金为待连接材料，由于Ti与Ni的剧烈反应以及一系列脆性化合物的生成，使用Ti基钎料难以获得良好的连接。现有Ni基钎料含Si量较低，含B量高，低Si危害有：钎料中的Ni与C/SiC陶瓷基体SiC反应剧烈，钎焊接头中易于产生脆性石墨碳层；高B危害是：B在钎焊过程中会降低钎缝中Cr、W、Mo等元素活性，造成钎缝中产生危害接头力学性能的脆性碳层，并且B会增加接头组织中镍硅金属间化合物的高温脆性。适量Ti元素的加入可以使钎缝组织靠近复合材料反应区一侧生成弥散的TiC，弥散TiC的生成可以调节接头热应力，增加接头强度。

使用BNi2商用镍基钎料钎焊C/SiC和GH99，室温抗剪强度最高仅为73MPa，800℃下高温抗剪强度仅为49MPa，1000℃下高温抗剪强度仅为17MPa。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有镍基钎料与C/SiC复合材料的陶瓷基体的反应剧烈，导致C/SiC复合材料与镍基超高温合金钎焊得到的接头力学性能差的问题，本发明提供了一种镍基高温钎料及其制备方法。

本发明的镍基高温钎料按质量百分比由9％～11％的Si粉、0～15％的TiH₂粉和余量的Ni粉制成。

本发明的镍基高温钎料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按质量百分比称取9％～11％的Si粉、0～15％的TiH₂粉和余量的Ni粉，然后将Si粉、TiH₂粉和Ni粉混合得混合粉末；二、向装有混合粉末的容器中加入丙酮，搅拌得悬浊液，然后将容器密封，其中混合粉末与丙酮的体积比为1∶10～50；三、对步骤二得到的装有悬浊液的容器在25～40℃条件下进行超声处理，超声120～360min，其中，超声期间同时对悬浊液进行搅拌；四、将步骤三超声处理后的悬浊液在室温～60℃的温度下烘干，得到粉末钎料，再将粉末钎料研磨30～120min，即得镍基高温钎料，完成镍基高温钎料的制备方法。

本发明的镍基高温钎料的形式为均匀混合的粉末。钎料中Si的质量纯度为99.0％～99.9％，TiH₂的质量纯度为99.0％～99.9％，Ni的质量纯度为99.0％～99.9％。

本发明的镍基高温钎料以Ni粉与Si粉的二元共晶成分作为基础，含Si量较高，可以有效抑制Ni与C/SiC复合材料中SiC陶瓷相的反应，抑制钎焊接头中产生脆性石墨碳层。添加一定量的Ti，不仅可以改善镍基高温钎料的润湿性，并且Ti元素可以在钎缝组织中形成弥散的TiC第二相质点相，缓解接头热应力，优化接头组织，改善镍硅金属间化合物的塑性。本发明镍基高温钎料对于C/SiC陶瓷基复合材料与镍基超高温合金的钎焊连接而言，熔点合适、润湿性好、成本低、钎焊质量高、钎焊接头具有良好的室温和高温(800～1000℃)力学性能。

本发明的镍基高温钎料通过备料、悬浊液制备、超声预混合和研磨四步制成。制备过程简单可靠，避免了钎料粉末球磨机械混合过程中的过热氧化问题。

本发明的镍基高温钎料不仅可以用来钎焊C/SiC复合材料与镍基超高温合金(GH99和GH3128)，也可以应用于石墨或C/C复合材料与上述镍基超高温合金的钎焊连接。