[发明专利]钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料及制备和钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料及制备和钎焊方法，属于钎焊领域。

背景技术

氧化铝陶瓷具有独特的强度、耐磨性、耐蚀性和绝缘性,已被广泛的应用到工业的很多领域。但氧化铝陶瓷脆性大,机加工性能差,也难以制作大或者复杂的构件,因此,需要利用焊接技术将尺寸小、形状简单的陶瓷金属焊接，形成大而复杂的构件,以满足工程实际应用的需要。

国内外已有对氧化铝陶瓷和304不锈钢的钎焊工艺，形成的焊接接头能符合工程需要，但是对3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎焊尚无研究，为了在较低钎焊温度下焊接氧化铝陶瓷和3D打印不锈钢，需要在以往的技术上做出重大技术突破。

自从3D打印技术诞生以来，各国都开展研究，尤其是其激光器研究，已经取得了很多比较理想的成果。其原理是先利用CAD软件制出零件图，然后利用切片分层的专用软件对CAD图进行处理，将三维立体图转化成一层一层的二维平面图，这样就可以根据大小、形状确定扫描路径，然后编入扫描程序，然后同步送粉，激光扫描。因为激光扫描过后，粉末的熔化与凝固基本是瞬间完成，固不需等待，可立即进行下一步骤。即根据扫描线高度下调工作台，保证激光的光斑处于同一聚焦状态，再铺粉，激光扫描，重复上述步骤，层层堆积直到完成三维零件。3D打印不锈钢是3D打印技术中的热门，它大大缩短产品生产周期，产生一些相比其他生产工艺不太常见的细小组织，而且凝固过程类似铸造过程，零件致密，使其加工得到的零件有很好的力学性能及机械性能，与铸件和锻件相当甚至更好，与此同时还有较强的耐腐蚀性。加工过程中所使用的粉末，可以收集起来，经过筛处理后重复使用，节约材料。3D打印可以生产外形复杂的产品。

但是，3D打印不锈钢致密度很难达到百分之百，材料表面会产生孔隙，影响致密性，在焊接过程中会影响接头质量，严重降低焊接接头的力学和机械性能，进而影响其实用性。所以，钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷就有较困难，需要的钎料有极佳的润湿铺展能力，要求钎焊过后的界面均匀平整。以往的不锈钢和陶瓷钎焊温度都达到850℃，而3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷钎焊温度不宜过高，过高会使得3D打印不锈钢产生压力变形，严重影响焊接接头的性能。

目前国内外尚无专门钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料，国外已有的一种钎焊陶瓷和304不锈钢的钎料，其牌号为IncusilABA，该钎料具有较低的液相线温度，钎焊温度可以控制在750℃～800℃，钎焊温度在800℃左右，但是其中Ti、In含量较低，润湿性不是非常理想；中国航空工业集团公司北京航空材料研究院在此基础上研制了一种银-铜-铟-钛中温钎焊料，其专利申请号是201510920495.4，这种钎料用于二氧化硅陶瓷和钨、钼等金属的钎焊，这种中温钎料缓解了陶瓷与金属异种材料接头中由于两种材料热膨胀系数不匹配造成的热应力，但是无法应用于3D打印不锈钢和陶瓷的钎焊，其润湿性没有明显改善，无法完全填充3D打印不锈钢的孔隙，焊接接头质量无法保证。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料及制备和钎焊方法，加入混合稀土元素Sm、Er，显著提高了钎料的润湿性，控制界面化合物的厚度，显著改善接头力学性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料，所述钎料以重量百分比计的元素成分包括：Cu20.0％～25.0％，In13.0％～16.0％，Ti2.0％～5.0％，Sm0.02％～0.2％，Er0.01％～0.1％，余量为Ag。

作为优选，所述钎料以重量百分比计的元素成分包括：Cu21.5％～23.5％，In13.5％～15.0％，Ti2.5％～4.0％，Sm0.05％～0.1％，Er0.01％～0.05％，余量为Ag。

作为优选，所述钎料以重量百分比计的元素成分包括：Cu22.7％，In14.5％，Ti3.6％，Sm0.05％，Er0.05％，余量为Ag。

作为优选，所述钎料为箔片带状，厚度为50～100μm。

一种上述的钎焊3D打印不锈钢和氧化铝陶瓷的钎料制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比称取高纯度的Ti颗粒、In颗粒、Er颗粒、Sm颗粒、Cu片制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在15-25℃的温度下进行超声清洗15～20min；

2)将步骤1超声清洗后的混合物在30～50℃的温度下烘干，得到干燥的混合物；