一種Ti-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法
【專利摘要】本發明公開了一種Ti?Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，尤其是提供了一種適合在真空環境下釬焊TZM合金的Ti?Ni高溫釬料，其由Ti和Ni制成，本發明解決了采用銀基釬料獲得的TZM合金釬焊接頭使用溫度低、易氧化、力學性能差以及原材料價格昂貴等問題，具體方法為：按重量比稱取的Ti絲（箔）和Ni絲（箔）制備合金釬料錠，并用線切割機加工成箔片并打磨；將TZM合金待焊表面打磨平滑；用丙酮溶液對釬料和待焊TZM合金試樣進行超聲清洗；裝配釬料箔片以及TZM合金；將組件放入真空釬焊爐中，進行加熱釬焊。本發明制作方法簡便，獲得的TZM合金釬焊接頭剪切強度可達121MPa，具有很好的應用價值。
【專利說明】
一種T 1-N I高溫釬料釬焊TZM合金的方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及釬焊方法，具體涉及一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法。
【背景技術】
[0002]TZM合金的成分(wt%)為Ti 0.4%~0.55% Zr 0.06%?0.12%以及C 0.01%?0.04%，余量為Mo，再結晶溫度在1200 °01350 °C之間。TZM合金具有熔點高，熱膨脹系數小，導熱及導電性能優異，抗磨損性能和抗腐蝕性能強，良好的抗熱震性能以及機械性能等，在冶金，化學及金屬加工，航空領域和核工業，電子工業以及軍事工業等領域獲得廣泛的應用。
[0003]研究表明，電子束焊接、激光焊接、熔化焊、攪拌摩擦焊以及釬焊等焊接技術已經成功應用于TZM合金與其他材料的連接，并獲得性能良好的焊接接頭。其中釬焊技術具有精度高、焊接應力和變形較小、對構件尺寸和形狀適應性廣、對母材的物理化學性能影響小等特點，更加適用于連接結構復雜、精度要求高的TZM合金器件。關于TZM合金的釬焊，國內外學者的研究中多采用的是銀基釬料，焊接接頭中形成大量的金屬間化合物，導致接頭力學性能降低；同時焊縫中心區域主要為富銀相，使得TZM合金件難以在高溫環境下應用，接頭耐腐性也會有所下降;考慮到釬料成本問題也不宜量產，進一步限制了 TZM合金在工業中的進一步應用。
[0004]本
【申請人】針對TZM合金高溫環境應用特征，選用TiNi釬料對TZM合金進行釬焊連接。
【發明內容】
[0005]本發明要解決上述現有技術的不足，充分利用TZM合金優異的高溫性能，進一步提高TZM合金在高溫環境下的應用，提供了一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法。
[0006]本發明所采用的技術方案是:提供了一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，具體步驟如下:
步驟一、稱取重量份數為60?70份的Ni和重量份數為30?40份的Ti，裝入電弧熔煉設備，熔煉成合金錠，制成0.1mm厚的T1-Ni釬料箔片；
步驟二、將TZM合金待焊試樣表面依次用500目、800目和1200目的SiC砂紙上打磨至表面光亮；
步驟三、將步驟一中制備好的T 1-Ni釬料箔片以及步驟二中制備好的TZM合金試樣放入丙酮溶液中，超聲清洗15min后瞭干待用；
步驟四、將清洗后的TZM合金試樣以及箔片釬料，按照TZM合金/、T1-Ni釬料箔片/、TZM合金的順序依次進行裝配，同時，加載2kPa的裝配壓力，保證組件緊密接觸；
步驟五、將裝配好的待焊組件放入真空釬焊爐中，當真空度高于5.0 X 10—3Pa后，開始加熱，升溫過程:從室溫起以10°C/min的速率升溫至500°C;再以20°C/min的速率升溫至1000 °C，保溫1min;隨后以10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度1200 °01380°C，保溫不超過40min;降溫過程:以5°C/min的速率降溫至400°C，之后隨爐冷卻至室溫，完成應用T1-Ni釬料真空釬焊TZM合金的方法。
[0007]進一步，本發明所述TiNi高溫釬料由重量份數為64?68份的Ni和32?36份的Ti組成;更優選的由重量份數為65.5份的Ni和34.5份的Ti組成。
[0008]進一步，本發明所述的釬料的熔化溫度為1118°01300°C，釬焊溫度1200°01380°C，保溫時間不超過40miη。
[0009]進一步，更優選的，本發明所述的釬焊溫度為1220 0C或1240 °C或1260 V或1280 V。
[0010]進一步，本發明使用的Ti和Ni純度不低于99.5%，Ti和Ni可以使用絲或箔片的狀態，制備釬料前用砂紙打磨表面氧化皮。
[0011 ]進一步，本發明步驟一中T1-Ni釬料的制備方法具體是按照以下步驟進行的:a、將稱好的Ti和Ni放入真空熔煉爐坩禍中；b、抽真空到5.0 X 10—3Pa后充入氬氣，在坩禍中通過電弧反復熔煉7?8次得到合金釬料錠;C、將釬料錠用線切割機加工成寬度為5?6mm，厚度為0.5?0.6mm的箔片，用1000目的SiC砂紙打磨該箔片正反兩面至厚度[k2]為0.1mm的箔片。
[0012]進一步，本發明中的釬焊溫度更優選為1240°C，保溫時間為lOmin。
[0013]本發明的優點在于:相比于Ag基釬料，Ti基和Ni基釬料更具使用價值，制作方法也比較簡便;Ti和Mo可以無限固溶，TiNi釬料對于TZM合金潤濕性良好，同時添加Ni元素以抑制釬料在高溫時對母材的過度熔蝕;TiNi高溫釬料熔點高，釬焊后獲得的接頭耐高溫性能良好，很好的保留了 TZM合金的高溫性能;獲得的TZM合金釬焊接頭剪切強度可達12 IMPa，具有很好的應用價值。
【附圖說明】
[0014]圖丨為釬焊接頭裝配圖。
[0015]圖2為試驗制備的T1- 6 5.5 N i釬料顯微組織照片。
[0016]圖3釬焊溫度為1240°C，保溫時間1min時獲得TZM合金釬焊接頭的界面組織照片。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明進一步說明:
一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于提供了一種適合在真空環境下釬焊TZM合金的T1-Ni高溫釬料，其由Ti和Ni制成。
[0018]【具體實施方式】一:
步驟一、稱取30?40份的Ti絲(箔)和60?70份的Ni絲(箔)，放入真空熔煉爐坩禍中；抽真空到5.0 X 10—3Pa后充入氬氣，在坩禍中通過電弧反復熔煉7?8次得到合金釬料錠;將釬料錠用線切割機切割成寬度為5?6mm，厚度為0.5?0.6mm的箔片，并用SiC砂紙打磨至厚度為
0.1mm的T1-Ni釬焊箔片；
步驟二、將TZM合金待焊試樣表面依次用500目、800目和1200目的SiC砂紙上打磨至表面光亮；
步驟三、將準備好的T1-Ni釬焊箔片以及TZM合金試樣放入丙酮溶液中，超聲清洗15min后晚干待用；
步驟四、將清洗后的TZM合金試樣以及箔片釬料，按照TZM合金/、T iNi釬料箔片/、TZM合金的順序如圖1所示從上而下依次裝配。同時，加載2KPa的裝配壓力，保證組件緊密接觸； 步驟五、將裝配好的待焊組件放入真空釬焊爐中，當真空度高于5.0 X 10—3Pa后，開始加熱。從室溫以10°C/min的速率升溫至500°C;再以20°C/min的速率升溫至1000°C，保溫1min;隨后以10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度1200°01380°C，保溫不超過40min;降溫過程中以5°C/min的速率降溫至400°C，之后隨爐冷卻至室溫。完成應用TiNi釬料真空釬焊TZM合金的方法。
[0019]【具體實施方式】二:
步驟一、稱取34.5份的Ti絲(箔)和65.5份的Ni絲(箔)，放入真空熔煉爐坩禍中；抽真空至IJ5.0 X 10—3Pa后充入氬氣，在坩禍中通過電弧反復熔煉7?8次得到合金釬料錠;將釬料錠用線切割機切割成寬度為5?6mm，厚度為0.5?0.6mm的箔片，并用SiC砂紙打磨至厚度約為
0.1mm；
步驟二、將TZM合金待焊試樣表面依次用500目、800目和1200目的SiC砂紙上打磨至表面光亮；
步驟三、將準備好的箔片以及TZM合金試樣放入丙酮溶液中，超聲清洗15min后晾干待用；
步驟四、將清洗后的TZM合金試樣以及箔片釬料，按照TZM合金/TiNi釬料箔片/TZM合金的順序裝配。同時，加載2KPa的裝配壓力，保證組件緊密接觸；
步驟五、將石墨塊壓好的待焊組件放入真空釬焊爐中，當真空度低于5.0 X 10—3Pa后，開始加熱。從室溫以10°C/min的速率升溫至500°C;再以20°C/min的速率升溫至1000°C，保溫1min;隨后以10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度為1240 °C，保溫為1min;保溫結束后以5°C/min的速率降溫至400°C，之后隨爐冷卻至室溫。完成應用TiNi釬料真空釬焊TZM合金的方法金。
[0020]本發明制作方法簡便，獲得的TZM合金釬焊接頭耐高溫性能良好，剪切強度可達121MPa，具有很好的應用價值。
【主權項】
1.一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:采用T1-Ni高溫釬料在真空環境下釬焊TZM合金，具體步驟如下: 步驟一、稱取重量份數為60?70份的Ni，30?40份的Ti，裝入電弧熔煉設備，熔煉成合金錠，制成T1-Ni釬料箔片； 步驟二、將TZM合金待焊試樣表面依次用500目、800目和1200目的SiC砂紙上打磨至表面光亮； 步驟三、將步驟一中制備好的T1-Ni釬料箔片以及步驟二中制備的TZM合金試樣放入丙酮溶液中，超聲清洗15min后晾干待用； 步驟四、將清洗后的TZM合金試樣以及T1-Ni釬料箔片，按照TZM合金、/T1-Ni釬料箔片/、TZM合金的順序進行依次裝配，同時，加載2kPa的裝配壓力，保證組件緊密接觸； 步驟五、將裝配好的待焊組件放入真空釬焊爐中，當真空度高于5.0X 10—3Pa后，開始加熱，升溫過程:首先從室溫起以10°C/min的速率升溫至500°C;再以20°C/min的速率升溫至1000 °C，保溫1min;隨后以10°C/min的速率繼續升溫至釬焊溫度1200 °01380°C，保溫不超過40min;降溫過程:中以5°C/min的速率降溫至400°C，之后隨爐冷卻至室溫，完成應用T1-Ni釬料真空釬焊TZM合金的方法。2.根據權利要求1所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:所述的TiNi高溫釬料由重量份數為64?68份的Ni和32?36份的Ti組成。3.根據權利要求1所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:所述的TiNi高溫釬料由重量份數為65.5份的Ni和34.5份的Ti組成。4.根據權利要求1或2或3中任一權利要求所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:釬料的熔化溫度為1118°01300°C，釬焊溫度1200°01380°C，保溫時間不超過40min。5.根據權利要求4所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:所述的釬焊溫度為 1220 °C 或 1240 °C 或 1260 °C 或 1280 °C。6.根據權利要求1所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于Ti絲(箔)和Ni絲(箔)純度不低于99.5%，制備釬料前用砂紙打磨表面氧化皮。7.根據權利要求1所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:步驟一中T1-Ni釬料的制備方法具體是按照以下步驟進行的:a、將稱好的Ti絲(箔)和Ni絲(箔)放入真空熔煉爐坩禍中;b、抽真空到5.0 X 10—3Pa后充入氬氣，在坩禍中通過電弧反復熔煉7?8次得到合金釬料錠;c、將釬料錠用線切割機加工成寬度為5?6mm，厚度為0.5-0.6mm的箔片，用SiC砂紙打磨該箔片正反兩面至厚度為0.1mm的箔片。8.根據權利要求1或2或3中任一權利要求所述的一種T1-Ni高溫釬料釬焊TZM合金的方法，其特征在于:步驟五中，釬焊溫度為1240°C，保溫時間為lOmin。
【文檔編號】B23K1/19GK105834540SQ201610348402
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】宋曉國, 田驍, 彭赫力, 劉海建, 袁勇, 趙洪運, 李中權
【申請人】哈爾濱工業大學（威海）, 上海航天精密機械研究所