TiAl/Nb基合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法

2023-07-29 14:13:36 1

專利名稱：TiAl/Nb基合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法
技術領域：
本發明涉及一種TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法。
背景技術：
TiAl、 Ti3Al及Ti2AlNb基合金(以下簡稱TiAl/Nb系合金)使用溫度分別為在800 900。C、 600 700。C和650 750。C，在航空、航天飛行器熱端部件製造領域廣泛應用。
文獻."TiAl/40Cr鋼擴散連接界面組織結構對接頭強度的影響，何鵬，馮吉才，錢乙餘。 材料科學與工藝，2003, 11巻2期"公開了一種TiAl/40Cr鋼擴散連接方法，該方法採用擴散焊 方法，實現了TiAl與40C嘲的直接連揆，由於接頭中不含低熔點材料，可在高溫條件下應用。 但接頭的強度較低，最高抗拉強度僅為183MPa。
文獻"Diffiasion bonding of laser-surface-modified gamma titanium aluminide alloy to nickel-base casting alloy, Luo GX, Wu GQ, Huang Z， Ruan ZJ. Scripta Materialia 2007， 57: 521-524"公開了一種，TiAl/K148高溫合金擴散焊方法，該方法採用焊前對？TiAl待焊表面激 光熔敷Ni-Cr-Ti-Al系塗層，而後進行擴散連接。當熔敷層材料為Ni56Cr7Ti,sAl22時，接頭 剪切強度達到了359MPa。儘管這一方法使接頭獲得了較高的連接強度，但由於焊前需要採用 高成本的攀光熔敷技術，對Y-TiAl進行表兩改性，因此工藝過程複雜，製造成本較高。

發明內容
為了克服現有技術接頭連接強度較低的不足，本發明提供一種TiAl/Nb系合金與Ni基高 溫合金的擴散焊方法，採用在TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金之間添加Nb-Ni複合中間層的 擴散焊方法，'可以提高接頭的抗拉強度和剪切強度。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案 一種TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊 方法，其特點是包括下述步驟
(a) 取厚度為10~30nm、純度為99.9wt.M的Nb箔和厚度為10 20pm、純度為99.9wt.% 的Ni箔，放入丙酮中，超聲波清洗l(K20s後，涼幹；
(b) 處理TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的待焊接面，兩合金待焊接面的表面粗糙度 Ra值小於1.6後，放入丙酮中，超聲波清洗5 10min後，涼幹；
(c) 將Nb箔與Ni箔疊合構成的中間層置於TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金之間，其 中Nb箔與TiAl/Nb系合金接觸，Ni箔與Ni基高溫合金接觸，構建被焊工件；
(d) 將被焊工件放置於真空擴散焊爐內上壓頭與下壓頭之間，在上壓頭與TiAl/Nb系合 金、下壓頭與Ni基高溫合金之間放置阻焊層；對被焊工件施加0.5 lMPa預壓力，當真空度
達到4.0xlO-L6.0xlO，a時，以10°C/min加熱速率，使真空擴散焊爐內溫度升至950~1100°C 時施加15~30MPa的軸向壓力，並保溫60 120min,隨爐冷卻，冷卻過程中施加的軸向壓力 保持不變。'
本發明的有益效果是由於採用了在TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金之間添加Nb-N復合 中間層的擴散焊方法，使得連接界面上無硬脆相產生，接頭的抗拉強度由現有技術的183MPa 提高到516 750MPa;接頭的剪切強度由現有技術的359MPa提高到372 528MPa。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。


附圖是本發明TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法用裝卡結構。
圖中，l-阻焊層，2-Nb箔，3-中間層，4-上壓頭，5-TiAl/Nb系合金，6-Ni箔，7-Ni基高
溫合金，8-下壓頭。
具體實施例方式
以下實施例參照附圖。
實施例1: TiAI/Nb系合金TiAl ^ Ni基高溫合金GH710的擴散焊。 取厚度為10pm、純度為99.9wt.。/。的Nb箔和厚度為10nm、純度為99.9wt.。/。的Ni箔，放 入丙酮中，超聲波清洗10s，涼幹。採用1500#SiC砂紙對TiAl合金與GH710高溫合金待悍 表面打磨，使其表面粗糙度Ra值小於1.6。而後將TiAl合金與GH710高溫合金放入丙酮溶 液中，超聲波清洗5min，涼幹。將上述各材料進行裝卡將Nb箔2、 Ni箔6構成的中間層 3置於TiAl/Nb系合金5-TiAl與Ni基高溫合金7-GH710之間，其中Nb箔2與TiAl接觸， Ni箔6與GH710接觸，構建被焊工件。將被焊工件裝入真空爐內，並放置於真空擴散焊爐 內上壓頭4與下壓頭8之間，在上壓頭4與TiAl、下壓頭8與GH710之間放置阻焊層1。對 被焊工件施加0.5MPa預壓力，關閉爐門，抽真空。當真空度達到6.0xl0—卞a時，開始加熱， 加熱速率為10°C/min，當溫度升至950。C時施加30MPa的軸向壓力，並保溫120min，隨爐冷 卻，冷卻過程中施加的軸向壓力保持'不變。
經測試，接頭的抗拉強度為516MPa，接頭的剪切強度為372MPa。 實施例2: TiAl/Nb系合金Ti3Al與Ni基高溫合金GH4133的擴散焊。 取厚度為15pm、純度為99.9wt.Q/。的Nb箔和厚度為15^m、純度為99.9wt.。/。的Ni箔，放 入丙酮中，超聲波清洗15s,涼幹。採用150(/SiC砂紙對Ti3Al合金與GH710高溫合金待焊 表面打磨，使其表面粗糙度Ra值小於1.6。而後將Ti3Al合金與GH710高溫合金放入丙酮溶 液中，超聲波清洗7min，涼幹。將上述各材料進行裝卡將Nb箔2、 Ni箔6構成的中間層 3置於TiAl/Nb系合金5-Ti3Al與Ni基高^合金7-GH710之間，其中Nb箔2與Ti3Al接觸，
Ni箔6與GH710接觸，構建被焊工件。將被焊工件裝入真空爐內，並放置於真空擴散焊爐 內上壓頭4與下壓頭8之間，在上壓頭4與Ti3Al、下壓頭8與GH710之間放置阻焊層1。對 被焊工件施加0.7MPa預壓力，關閉爐門，抽真空。當真空度達到5.0xlO,a時，開始加熱， 加熱速率為9'C/min,當溫度升至110(TC時施加25MPa的軸向壓力，並保溫100min，隨爐冷 卻，冷卻過程中施加的軸向壓力保持不變。
經測試，接頭的抗拉強度為568MPa，接頭的剪切強度為420MPa。 實施例3: TiAl/Nb系合金Ti2AlNb與Ni基高溫合金GH4169的擴散焊。 取厚度為20pm、純度為99.9wt。 。的Nb箔和厚度為15)am、純度為99.9wt.。/。的Ni箔，放 入丙酮中，超聲波清洗15s，涼幹。採用150ffSiC砂紙對Ti3Al合金與GH710高溫合金待焊 表面打磨，使其表面粗糙度Ra值小於1.6。而後將Ti3AI合金與GH710高溫合金放入丙酮溶 液中，超聲波清洗9miri，涼幹。將上述各材料進行裝卡將Nb箔2、 Ni箔6構成的中間層 3置於TiAI/Nb系合金5-Ti3Al與Ni基高溫合金7-GH710之間，其中Nb箔2與Ti3Al接觸， Ni箔6與GH710接觸，構建被焊工件。將被焊工件裝入真空爐內，並放置於真空擴散焊爐 內上壓頭4與下壓頭8之間，在上壓頭4與Ti3Al、下壓頭8與GH710之間放置阻焊層1。對 被焊工件施加0.9MPa預壓力，關閉爐門，抽真空。當真空度達到5.0xl(^Pa時，開始加熱， 加熱速率為lrC/min,當溫度升至100(TC時施加20MPa的軸向壓力，並保溫80min，隨爐冷 卻，冷卻過程中施加的軸向壓力保持不變。
經測試，接頭的抗拉強度為750MPa，接頭的剪切強度為528MPa。 實施例4: TiAl/Nb系合金Ti2AlNb與Ni基高溫合金GH761的擴散焊。 取厚度為30pm、純度為99.9wt.。/。的Nb箔和厚度為20nm、純度為99.9wt.。/。的Ni銪，放 入丙酮中，超聲波清洗20s，涼幹。採用150(fSiC砂紙對Ti3Al合金與GH710高溫合金待悍 表面打磨，使其表面粗糙度Ra值小於1.6。而後將Ti3Al合金與GH710高溫合金放入丙酮溶 液中，超聲波清洗10min，涼幹。將上述各材料進行裝卡將Nb箔2、 Ni箔6構成的中間層 3置於TiAl/Nb系合金5-Ti3Al與Ni基高溫合金7-GH710之間，其中Nb箔2與Ti3Al接觸， Ni箔6與GH710接觸，構建被焊工件。將被焊工件裝入真空爐內，並放置於真空擴散焊爐 內上壓頭4與下壓頭8之間，在上壓^ 4與Ti3Al、下壓頭8與GH710之間放置阻焊層1。對 被焊工件施加lMPa預壓力，關閉爐門，抽真空。當真空度達到4.0xlO—3Pa時，開始加熱， 加熱速率為12°C/min，當溫度升至1050'C時施加15MPa的軸向壓力，並保溫60min，隨爐冷 卻，冷卻過程中施加的軸向壓力保持不變。
經測試，接頭的抗拉強度為718MPa,接頭的剪切強度為502MPa。
權利要求
1、一種TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法，其特徵在於包括下述步驟(a)取厚度為10～30μm、純度為99.9wt.％的Nb箔和厚度為10～20μm、純度為99.9wt.％的Ni箔，放入丙酮中，超聲波清洗10～20s後，涼幹；(b)處理TiAl/Nb系合金與Ni·基高溫合金的待焊接面，兩合金待焊接面的表面粗糙度Ra值小於1.6後，放入丙酮中，超聲波清洗5～10min後，涼幹；(c)將Nb箔與Ni箔疊合構成的中間層置於TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金之間，其中Nb箔與TiAl/Nb系合金接觸，Ni箔與Ni基高溫合金接觸，構建被焊工件；(d)將被焊工件放置於真空擴散焊爐內上壓頭與下壓頭之間，在上壓頭與TiAl/Nb系合金、下壓頭與Ni基高溫合金之間放置阻焊層；對被焊工件施加0.5～1MPa預壓力，當真空度達到4.0×10-3～6.0×10-3Pa時，以10℃/min加熱速率，使真空擴散焊爐內溫度升至950～1100℃時施加15～30MPa的軸向壓力，並保溫60～120min，隨爐冷卻，冷卻過程中施加的軸向壓力保持不變。
全文摘要
本發明公開了一種TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊方法，首先將經過處理的Nb箔與Ni箔疊合構成的中間層置於經過表面處理的TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金之間，其中Nb箔與TiAl/Nb系合金接觸，Ni箔與Ni基高溫合金接觸，構建被焊工件；將被焊工件放置於真空擴散焊爐內上壓頭與下壓頭之間，在上壓頭與TiAl/Nb系合金、下壓頭與Ni基高溫合金之間放置阻焊層；在真空擴散焊爐中完成TiAl/Nb系合金與Ni基高溫合金的擴散焊接。由於採用了添加Nb-Ni複合中間層的擴散焊方法，使得連接界面上無硬脆相產生，接頭的抗拉強度由現有技術的183MPa提高到516～750MPa；接頭的剪切強度由現有技術的359MPa提高到372～528MPa。
文檔編號B23K1/008GK101352772SQ20081015060
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月13日 優先權日2008年8月13日
發明者張賦升, 李京龍, 熊江濤 申請人:西北工業大學