[发明专利]一种用于GH4169高温合金液相扩散连接的粉末中间层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液相扩散连接中间层材料及其制备方法。

背景技术

GH4169合金是Ni-Cr-Fe基时效强化高温合金，在650℃以下的强度居高温合金之首，并具有良好的抗热疲劳、抗氧化、抗辐射和冷、热加工性能，广泛应用于航空发动机组件、航空及地面用涡轮盘、锻造压气机叶片、紧固件、发动机轴、发动机燃烧室、尾喷管的制造。其中许多部件的质量对提高工作效率、保证可靠性及安全性、全面提升整体性能至关重要。因而，对GH4169高温合金制作的复杂构件进行连接就成为制作高性能部件非常重要的一步，航空航天对高温合金连接接头力学性能的要求为达到焊后母材的90％。液相扩散连接与其它连接方法相比具有接头变形量小、组织成分均匀、性能最接近母材等优势，成为连接GH4169合金部件最为合适的方法。

但是目前用于连接镍基高温合金的中间层材料存在以下问题：

1、Ni-Cr-B或Ni-Cr-Si中间层材料，接头界面中易形成较多的硼化物或硅化物，导致接头性能严重下降，无论室温还是高温强度均相对较低，无法满足对性能的高要求；

2、Ni-Cr-Si-B中间层材料对镍基高温合金的润湿性好，接头界面中脆性化合物相对较少，但整个接头中元素分布不够均匀，接头与母材成分相容性较差，性能有一定差距，且接头高温力学性能不能满足要求，特别是在高温环境下不能保证安全性；

3、对于常用的镍基中间层材料连接镍基高温合金所获得的接头，热处理工艺选取困难，尤其是与母材同步实现性能的恢复及强化非常困难。

发明内容

本发明要解决现有的GH4169高温合金液相扩散连接接头脆性化合物多、成分不均匀、接头与母材相容性差、后热处理工艺难以与母材热处理工艺相调和、在室温及高温环境下性能无法满足高要求的问题，而提供一种用于GH4169高温合金液相扩散连接的粉末中间层材料及其制备方法。

本发明用于GH4169高温合金液相扩散连接的粉末中间层材料按重量百分比由50.5％～52.5％的Ni粉、16.7～17.5％的Cr粉、16.2％～17.5％的Fe粉、4.0～5.0％的Si粉、1.75％～2.2％的B粉、4.7％～5.7％的Nb粉、0.85％～1.05％的Ti粉和2.7％～3.0％的Mo粉制成。

上述用于GH4169高温合金液相扩散连接的粉末中间层材料的制备方法按以下步骤进行：

一、按重量百分比称取50.5％～52.5％的Ni粉、16.7～17.5％的Cr粉、16.2％～17.5％的Fe粉、4.0～5.0％的Si粉、1.75％～2.2％的B粉、4.7％～5.7％的Nb粉、0.85％～1.05％的Ti粉和2.7％～3.0％的Mo粉，混合得到合金粉末；

二、将步骤一得到的合金粉末和磨球置于高能球磨罐中，抽真空后向球磨罐中充入氩气，以250～350r/min的转速，球磨4～20h，得到用于GH4169高温合金液相扩散连接的粉末中间层材料。

本发明所制备的中间层材料中，Ni、Cr、Fe为基体元素，其配比与GH4169高温合金母材中基体元素配比相似，这就大大减少了三种基体元素在等温凝固过程中的均匀化时间，可以在相对较短的时间内获得与母材相容性较高的接头；Si是降熔元素之一，可以改善它的润湿能力，其均匀分布在接头区域，可以一定程度提升接头塑性；B是本发明所制备的中间层材料中最主要的降熔元素，不仅可以改善它的润湿能力，更是连接过程中元素溶解、扩散最主要的作用元素；Nb、Ti、Mo是增强元素，用来在连接过程中形成与高温合金强化相成分相同的增强相，提高焊缝的强度。本发明所得的中间层材料成分均匀、纯度高、流动性好等优点。采取在对接接头中间平铺预置中间层材料方式，扩散连接温度为1150～1180℃时可以得到完整的GH4169高温合金液相扩散连接接头，接头具有优良的力学性能，焊后接头的延伸率达50％以上，表明接头中元素分布与母材达到较高程度的一致性，热处理后接头室温抗拉强度高达焊后母材的95.7％，延伸率可以达到10％，650℃高温强度可达焊后母材的93.2％，表明采用该中间层材料获得的GH4169接头具有与母材相匹配的热处理工艺，满足对接头强度达焊后母材90％的性能要求，具有室温及高温拉伸强度高、塑性好，能满足对接头高的性能要求。

本发明中的粉末中间层材料制备方法与传统的采用冶炼或烧结的制备中间层材料的方法相比，本发明的所使用的方法不受加工氧化和润湿剂的污染，所制备粉末中间层材料杂质含量少，纯度高，熔化均匀，流动性好。