[发明专利]一种钛基钎料及用其制备纯钛多层结构的方法

说明书

本发明涉及一种钛基钎料及用其制备纯钛多层结构的方法，该技术属于焊接技术领域，采用低熔点、高韧性的多元非晶钛基箔状钎料，在短时保温条件下，接头化合物数量减少、接头晶粒细化，改善了接头冶金组织的均匀性；使用该钎料和特殊装配方法所获得的多层结构具有高焊合率、高强度的特点；适用于纯钛及钛合金的蜂窝夹层结构、波纹夹层结构、翅片式结构等。钎料的使用范围广、工艺窗口宽、多层结构的组装方法简便。

技术领域

本发明涉及一种钛基钎料及使用其钎焊多层结构的方法，该技术属于焊接技术领域。

背景技术

钛材料已成为航空航天领域的重要材料，钛材料的夹层结构能够进一步发挥材料和结构优势，如钛材料的蜂窝夹层结构飞机壁板、列管式或翅片式结构的散热器，等等。与常规铝合金或复合材料的蜂窝夹层结构相比，钛的夹层结构的耐蚀性、耐温能力及结构强度均得到显著改善。这类结构一般采用精密钎焊技术，即基体材料不发生熔化和相变，仅连接部位所用钎料合金发生熔化，依靠毛细作用和元素扩散形成牢靠的冶金结合界面。

资料显示，含纯钛的夹层结构是列管式和翅片式散热器，采用的是纯钛-钛合金或纯钛-不锈钢异种材料组合。现有技术存在如下问题，1)钎焊接头强度低、韧性差。常规时采用Ag-Cu钎料，其熔点低、可以在低于纯钛相变温度885℃下实施钎焊，但界面析出大量TiCu和Ti₂Cu化合物，随着保温时间自5～20min延长，Ti₂Cu化合物成树枝状生长，导致结构强度进一步恶化、接头脆性失效。此外，Ag元素在钎料中含量较多(20％以上)、接头耐蚀性较差。若采用Ti基钎料，这类钎料与常规钛合金的冶金相容性较好，但其熔点高不能满足纯钛的钎焊要求，导致纯钛发生相变、晶粒粗化。其次，这类钎料不易成形为箔带，同时钎料合金元素的扩散能力不佳，薄壁钎角处钎料堆积引起薄壁溶蚀。2)薄壁夹层结构的变形控制和钎焊条件难以协调。对于薄壁(单元壁厚度0.05-0.10mm)、多单元、单元排列形式复杂的夹层结构，采用传统方法将钎料仅添置于上下蒙皮时，须采用工装施压方法对夹层和蒙皮间钎焊间隙进行严控，方可达到钎焊条件即产生毛细作用、使熔态钎料合金渗入到间隙，将夹层结构焊接成一个完整体。然而，纯钛韧性非常优异，导致纯钛薄壁变形，在工装施压情况下合理控制结构型面精度的难度较大。3)大高度情况下夹层结构件更容易失稳，同时钎料用量不易控制；用量多会导致结构的薄壁部位发生溶蚀，在交变载荷下界面易发生开裂；而用量过少会导致结构焊着率不足，不能达到产品交付的质量要求。

发明内容

本发明的目的是：提出一种钛基钎料以及用其制备纯钛多层结构的方法，适用于纯钛及纯钛与钛合金组合夹层结构的TiZrCuNiAgSn钎料和相应钎焊工艺，以及箔带钎料的装配方法，解决以上技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种钛基钎料，所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～13.0；Cu：10.0～13.0；Zr：10.0～14.0；Ag：1.0～5.0；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。

进一步地，所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～11.0；Cu：10.0～11.0；Zr：11.0～13.0；Ag：2.2～4.2；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。

所述钛基钎料制备方法如下：首先在惰性气体保护条件下将此合金原料熔炼成合金锭；然后采用单辊急冷制带方法制备箔带钎料；

(A)备料：钎料合金锭加工成块状，置于底部开有缝隙式喷嘴的石英坩埚中，喷嘴距离激冷辊约1～2㎜；

(B)调试：进行“抽真空-充氩气”反复操作至炉体内真空度达到1.0×10-2Pa，而后充氩气至炉体内压力达到0.8个大气压；再通过感应线圈加热石英坩埚将合金锭熔化为熔体，同时调整激冷辊的转速至1800转/分钟；