[发明专利]一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用高熵合金钎焊连接C/C复合材料的方法，它先C/C复合材料进行表面处理，将高熵合金AlCoCrFeNi_x切割、打磨至厚度为70μm（±10μm），做成钎料箔片；将C/C复合材料和钎料箔片装配好，置于真空钎焊炉中加热活化处理，即制备完成。本发明的方法，所采用的高熵合金钎料对C/C复合材料具有优良的润湿性，润湿主要通过Ni的作用以及溶解扩散反应实现。焊接过程中，母材和接头之间的残余应力通过M₇C₃的形成，BCC相的增多以及复合结构层的形成得到充分缓解，接头强度最高可达21.93 MPa。此外焊缝中高熵组织得以保留，确保了接头高温强度的稳定性，具有重要的研究前景。

技术领域

本发明涉及钎焊领域，具体涉及一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法。

背景技术

C/C复合材料具有优良的高温稳定性和耐腐蚀能力，是唯一一种可以应用在2500℃以上的结构材料。另外，C/C复合材料密度低、比强度大、比模量高，具有优良的传热性能和耐磨损性能，被广泛应用于航空航天等工业领域。例如机翼前缘、涡轮发动机部件、飞机前罩体和刹车片，以及轴承、密封环等精密耐磨部件。为了满足在不同工况下的服役需要，通常需要C/C复合材料的自身连接，以获得不同尺寸及复杂结构的C/C复合材料。目前，用于C/C复合材料的连接的钎料仍以Ag基、Ni基和Ti基为主，依靠钎料中的活性元素实现C/C复合材料的润湿和可靠连接。但是，目前所采用的钎料具有线膨胀系数大以及高温力学性能不足的显著特点，亟待开发一种采用热膨胀系数较小且高温性能优良的钎料连接C/C的方法。在AlCoCrFeNi_2.1高熵合金中，Ni和Cr元素对C基材料具有较好的润湿性，并且相较于上述传统钎料，高熵合金有较小热膨胀系数和高温力学性能，采用高熵合金连接C/C复合材料将有效缓解接头参与应力和提升接头高温强度。

发明内容

本发明提供一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，目的在于改善目前用于钎焊C/C复合材料难润湿、残余应力大、接头高温力学性能差的难题，获得可靠的C/C复合材料焊接接头。

本发明所采用的具体技术方案如下：

所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将待钎焊的C/C复合材料进行表面处理，即对C/C复合材料表面进行打磨、清洗、干燥的处理；

2）将步骤1）表面处理后的C/C复合材料堆放在石墨模具中，两块C/C复合材料中间放置一片高熵合金钎料箔片，形成一个焊接组件；在每个焊接组件上放置钼块进行压重，使两块C/C复合材料与其中间的高熵合金钎料箔片紧密接触，然后一并转移至真空钎焊炉中；

3）将步骤2）所得放入真空钎焊炉中的焊接组件进行加热活化处理，使两块C/C复合材料的待焊面之间通过高熵合金钎料箔片发生连接，随后降温冷却，最终制得采用高熵合金钎焊连接的C/C复合材料。

所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，其特征在于步骤1）中，待钎焊的C/C复合材料进行表面处理的过程为：采用砂纸打磨C/C复合材料的待焊面，随后置于抛光机上，用粒径为1μm的金刚石悬浮液进行抛光至无痕，然后置于丙酮中超声清洗，最后进行干燥即表面处理完成。

所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，其特征在于步骤2）中，所述高熵合金钎料箔片为AlCoCrFeNix，高熵合金中各元素原子比为Al:Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1: 2.1。

所述的一种采用高熵合金钎焊连接C/C 复合材料的方法，其特征在于高熵合金钎料箔片AlCoCrFeNi_2.1的制备方法，步骤如下：

S1：根据高熵合金AlCoCrFeNi_2.1中各金属原料的原子比，将各金属原料粉末按照配比混合在一起，形成粉末原料；