[发明专利]钎焊用钛基非晶钎料箔带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛基材料，尤其是一种钎焊用钛基非晶钎料箔带及其制备方法。

背景技术

随着钛和钛基合金、锆合金、功能陶瓷等新型材料在航空航天上的应用越来越广泛，钎焊连接在复杂结构件和精密件的制备过程中表现出突出的优势。在这些材料的钎焊过程中，钛基钎料由于其抗氧化，抗腐蚀，接头性能良好等优点而被广泛使用。目前已经形成了Ti-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu，Ti-Zr-Ni，Ti-Zr-Be，Ti-Zr-Cu-Ni等三元和四元体系的钛基钎料。钛元素的化学性质活泼，在高温条件下可与很多元素反应并形成脆性金属间化合物，由于钛基钎料中常含有较多的Cu和Ni元素，对于钛合金而言属于活性β稳定元素，其主要作用是降低钎料的液相线温度，但在钎焊过程中这些元素易于加快钛合金共析转变速度，使得共析反应后钎焊接头中脆性相含量较高并局部富集，从而使接头的性能降低。此外，由于大多数钛基钎料都含有共晶组织成分，其钎料本身具有明显的脆性，采用真空或氩气保护条件下急冷快淬技术并进行后处理，可以获得成分均匀的粉末钎料，但在复杂结构件和精密件的预装配和施焊过程中，其应用将受到极大的限制。

在粉末钎料制备方面，为了获得成分均匀、工艺性能好的钛基合金钎料粉末，中国专利CN 1695877A(申请日2005年6月27日，公开日2005年11月16日)针对国内加工设备的现状，提出了一种采用急冷技术制备Ti-Zr-Cu-Ni钎料粉末的方法。该方法是将配料经电弧熔炼后，采用快淬分散，得到针状、片状或带状的快淬体后进行晶化处理，通过机械研磨获得钎料粉末。该方法针对钛基合金钎料的脆性，选择粉末制备方法较为合理。但是该钎料并未对合金系的脆性特点进行成分控制，而是直接利用其脆性制取粉末，其工艺步骤较为复杂。首先，将钎料合金进行熔炼，然后急冷再经机械研磨的三级步骤，由于钛基钎料活性较强，这就对制备过程中每个环节尤其是在晶化过程的真空保持条件提出更高的要求。其次，粉末钎料在使用时时常需要与酒精或丙酮混合成膏状使用，这在复杂结构件装配中存在较大的局限性。

美国专利US 20100842406(申请日2010年7月23，公开日2011年5月3日)认为钛基粉末钎料制备过程中Ti、Zr元素易发生氧化，在雾化法制备过程中易引入杂质，因此其在Ti-Zr-Ni(Cu)体系中直接掺入Zr基和Ti基粉末，并分析总结出两者含量的较优配比范围为8∶2～4∶6。该方法是利用机械式混合的方法制备，降低了熔炼和雾化过程的氧化，但其成分均匀性和粉末钎料使用条件的局限性依然存在。在复合层钎料制备方面，中国专利CN 101352787A(申请日2008年9月11日，公开日2009年1月28日)采用爆炸复合及轧制工艺，制取Ti-Cu-Ni和Ti-Zr-Cu钛基复合钎料箔。该工艺主要针对Ti-Cu-Ni和Ti-Zr-Cu系钎料的脆性，采用纯金属爆炸复合的方法预制成三层复合板，后经轧制成所需钎料箔带，避免了合金系脆性带来的不利，使纯金属复合层的塑性特性得到充分利用。但是该钎料在钎焊热循环过程中各组分在接头中均匀性将受到影响，容易形成偏析和气孔等缺陷，从而影响接头性能。

为了改善钎料成分，文章《Ti-Zr-Cu-Ni-Co系新钎料的成分设计及TC4合金钎焊接头的力学性能》(航空材料学报，2006年第26卷第1期，p59-62)针对俄罗斯型号钛基钎料B∏P16(名义成分Ti-13Zr-21Cu-9Ni，wt％)进行了改善研究，将Cu和Ni的总量降低到约20％水平，同时加入少量元素Co元素，其液相线温度高达923℃，与B∏P16钎料相比，其铺展性能并未有明显提高，剪切强度(333.9MPa)提高约20％。这种钎料将Cu和Ni的总量控制在较低的水平，将会严重降低钎料共晶组分降低熔点的功效，从而出现其在960℃/10min工艺条件下钎料与母材作用不明显和中心残留未熔透钎料的现象，如果升高钎焊温度来促进钎料扩散又将超过钛合金的β相转变温度导致母材性能下降。因此，钎料液相线温度过高给钎焊工艺的设定和母材性能带来不利影响，尤其是在β相转变温度较低钛合金的应用中将受到很大的限制。