[发明专利]一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiAl基合金连接方法。

背景技术

TiAl基合金是一种新型轻质的高温结构材料，密度不到镍基高温合金的50％，具有轻质、高比强、高比刚、耐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，并具有优异的室温及高温力学性能，在当代航空航天、兵器工业以及汽车工业等领域作为代替某些高温合金和钛合金的候选高温材料之一，具有重要的工程化应用潜力。

TiAl基合金的焊接是其获得广泛应用的重要前提和保证。然而，由于TiAl基合金的本质脆性及其低的室温塑性，导致采用熔焊方法焊接TiAl合金时难以避免结晶裂纹、冷裂纹等缺陷，很难获得无缺陷的焊接接头。采用钎焊获得的TiAl合金接头具有以下不足：(1)采用Al基钎料获得TiAl合金接头，钎料厚度较厚且钎焊温度较低，接头使用温度不高(不超过500℃)且强度较低，难以发挥TiAl基合金的高温应用优势；(2)采用Ni基、Ti基等钎料获得的钎焊接头虽然具有一定高温强度，可以在高温下使用，但是在焊接过程中引入了其它杂质元素而使其性能恶化，钎焊接头中较易形成Ti、Ni、Al二元或三元脆性金属间化合物，降低钎焊接头韧性；(3)钎料中降熔元素(如Si、B等)向TiAl母材的扩散必然引起母材性能的改变，容易引起接头区域抗腐蚀及氧化性能的下降。

发明内容

本发明是要解决目前通过钎焊获得的TiAl合金接头高温强度低，且连接过程中引入TiAl合金母材所没有的杂质元素而使接头抗腐蚀和氧化等性能恶化的问题，提供一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法。

本发明一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法，按以下步骤进行：一、将TiAl基合金用线切割加工成所需的尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、将待焊的TiAl基合金的连接面采用砂纸打磨后抛光，然后将连接面放入丙酮中超声清洗5～10min；三、然后将厚度为15～25μm的Al箔置于待焊的TiAl基合金的连接面之间，施加0.01～0.1MPa的压力，放置于真空加热炉中焊接，当真空加热炉中真空度达到1×10^-3～2×10^-2Pa后开始通电加热，加热速度为30～50℃/min，加热至1100～1200℃后在该温度下保温4～8h，之后以5～10℃/min的冷却速度冷却至室温，即完成TiAl基合金连接。

本发明的优点如下：

1、本发明使用较薄的Al箔(Al箔厚度仅为15～25μm)保证了连接过程中形成的液态铝能够通过扩散完全进入TiAl基合金，无残余金属Al，保证接头区域合金元素的均匀化，最终实现无缝焊接；

2、本发明在较高的温度下(1100～1200℃)连接有助于Al的扩散，较高的等温扩散温度为接头的高温使用提供了保障，通过该方法连接的TiAl基合金的焊缝或者接头能在600～800℃的高温下使用；

3、本发明采用Al作中间层避免了TiAl基合金在焊接过程中引入其它杂质元素恶化其性能，保证了连接前后TiAl基合金成分、性能等的稳定；

4、本发明可以利用普通真空加热设备实现TiAl基合金的高质量连接，降低了对连接设备的要求；本发明的焊接质量稳定，接头具有与母材相当的室温及高温强度，并且工艺简单、可操作性强；本发明TiAl基合金经浇注后要在1100～1200℃范围内进行均匀化扩散退火，如此便可将均匀化扩散退火+焊接在同一工序内完成，降低能耗，节约成本。

附图说明

图1为具体实施方式十二中待焊的TiAl基合金的装配示意图；图2为具体实施方式十二获得的TiAl基合金接头界面组织结构背散射电子照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种采用Al箔作中间层实现TiAl基合金连接的方法，按以下步骤进行：一、将TiAl基合金用线切割加工成所需的尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、将待焊的TiAl基合金的连接面采用砂纸打磨后抛光，然后将连接面放入丙酮中超声清洗5～10min；三、然后将厚度为15～25μm的Al箔置于待焊的TiAl基合金的连接面之间，施加0.01～0.1MPa的压力，放置于真空加热炉中焊接，当真空加热炉中真空度达到1×10^-3～2×10^-2Pa后开始通电加热，加热速度为30～50℃/min，加热至1100～1200℃后在该温度下保温4～8h，之后以5～10℃/min的冷却速度冷却至室温，即完成TiAl基合金连接。