[发明专利]一种制备高强度C/C复合材料与TC4合金接头的方法

说明书

本发明属于异种材料焊接技术领域，具体涉及一种制备高强度C/C复合材料与TC4合金接头的方法。其主要内容包括：首先对待焊C/C复合材料、TC4合金进行表面处理，然后分别取一块表面处理后的C/C复合材料、TC4合金，将C/C复合材料、纯Ni中间层、TC4合金用胶水依次粘结，得到待焊工件；将待焊工件放入真空钎焊炉内进行加热活化处理，使待焊工件中的胶水充分挥发，并经过降温冷却凝固，以完成C/C复合材料与TC4合金之间的瞬态液相连接；得到的接头组织致密且稳定可靠，具有操作简便、成本低等优点，获得接头剪切强度可高达62.00 MPa，与C/C复合材料自身强度相当。

技术领域

本发明属于异种材料焊接技术领域，具体涉及一种制备高强度C/C复合材料与TC4合金接头的方法，采用纯Ni中间层瞬态液相连接C/C复合材料与TC4合金，利用Ti-Ni共晶反应获得高性能C/C复合材料与TC4合金接头。

背景技术

大推力运载火箭是国之重器，关乎一国安全、发展乃至国际地位，加强太空探索活动已然成为重任。现在飞行器正朝着高速度、高机动、大载荷和长航程的方向发展，对飞行器的鼻锥、机翼前缘、发动机喷管而言，往往需要在高温、冲击等极端环境中长时间服役。高温服役环境往往带来由热梯度导致的较高热应力，高速的腐蚀性气体也使得其服役环境更为严苛，对制造火箭发动机的材料也提出了更高的要求。C/C复合材料是一种碳纤维增强的碳基体复合材料，具有密度小、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、抗冲击和优良的摩擦性能等优点；而且在2000 ℃下强度随温度的升高而升高，解决传统金属材料耐热性差问题的同时减轻了重量，被认为是当前制备火箭喷管的最佳材料之一。然而C/C复合材科受加工工艺的限制，其加工性差，直接制成大尺寸或者结构复杂的构件存在较多困难；TC4(Ti-6Al-4V)为双相钛合金，具有较好的焊接性、抗腐蚀性能、工艺塑性。在火箭喷管的连接过程中，常需要进行C/C复合材料与TC4金属环的连接，因此需要开发适用于C/C复合材料与TC4金属的连接方法，来实现复杂形状喷管的加工制造。

目前用于C/C复合材料与TC4金属连接的AgCuTi等贵金属钎料存在成本高、工艺复杂、工作温度低等诸多不足，为应对这一技术挑战，本发明采用瞬态液相扩散连接(TLP)技术连接C/C复合材料与TC4金属，这种连接方式兼顾了钎焊和固态扩散焊的特点。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明提出了一种制备C/C复合材料与TC4合金接头的方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种制备C/C复合材料与TC4合金接头的方法，包括以下步骤：

（1）对待焊C/C复合材料与TC4合金进行表面处理：即对C/C复合材料与TC4合金进行去除油污、打磨、抛光及清洗并干燥的处理；

（2）分别取一块表面处理后的C/C复合材料、TC4合金，将100 µm厚的纯Ni中间层用胶水粘结在TC4合金的待焊面上，之后将C/C复合材料待焊面与纯Ni中间层另一面用胶水粘结固定，得到待焊工件；

（3）将待焊工件放入真空钎焊炉内进行加热活化处理，使待焊工件中的胶水充分挥发，且C/C复合材料与TC4合金的待焊面之间通过液化的中间层产生连接；随后降温冷却凝固，以完成C/C复合材料与TC4合金之间的瞬态液相连接。

进一步的，步骤（1）中，表面处理的过程为：先将待焊C/C复合材料与TC4合金置于丙酮中超声清洗以除去其表面的油污并取出干燥；然后用砂纸对C/C复合材料与TC4合金的待焊面进行打磨处理；随后采用抛光剂进行抛光处理；最后将C/C复合材料与TC4合金置于酒精中进行超声清洗并干燥。

进一步的，步骤（1）中，抛光剂为2.5 μm金刚石。

进一步的，步骤（1）中，打磨处理中依次选用320#、600#、800#、1000#、1500#砂纸进行打磨。