一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及高溫合金和不銹鋼連接技術領域，具體涉及一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用，該中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接。
【背景技術】
[0002]現代工業生產中大量使用到高溫合金和不銹鋼材料，在這些材料的應用過程中，不僅僅要考慮材料本身的強度等制備，同時也往往需要解決這些材料的焊接問題。但是由于高溫合金和不銹鋼材料的合金化程度較高，往往含有較多的合金元素，導致這些材料的焊接性能極差，產生焊接冷、熱裂紋的傾向性較高，嚴重影響了構件的正常使用。目前，高合金化合金的焊接往往采用真空釬焊的方法。釬焊材料的設計是釬焊的關鍵。
[0003]目前使用的釬料都為粉末釬料，這種釬料在使用時必須與一定量的粘結劑混合，以實現其成型，但由于有粘結劑的揮發，難以避免會在焊縫中形成氣孔等缺陷;釬料合金的另一種成型方法是甩帶法制備的非晶箔帶，但這種方法對合金成分控制要求較高，復雜體系的合金很難成型出規則形狀的非晶帶。另外，目前釬料中較高含量的硼、硅和磷等元素，也嚴重影響了焊接強度。
[0004]隨著鎳基單晶高溫合金材料的應用推廣，與其相關的加工技術也越來越引起重視，尤其是單晶合金的焊接問題。由于鎳基單晶高溫合金含有大量的合金元素，尤其是鋁、鈦等，使得該種合金的熔焊性能很差，容易產生冷熱裂紋，因此該種合金主要采用瞬間液相連接的方法進行焊接。
[0005]瞬間液相擴散連接(TLP)方法對采用的釬料合金要求極高，如果釬料合金的成分設計不合理，一方面會導致連接溫度很高(通常超過1280°C)，這容易導致母材共晶相發生液化，影響材料使用壽命;另一方面，普通的釬料合金成分復雜，導致連接時間很長(通常超過48h)，生產效率極低，嚴重制約了瞬間液相連接技術的推廣應用。
【發明內容】
[0006]為了解決目前使用的粉末釬料合金存在的氣孔缺陷、強度低等問題，本發明提供一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應用，該中間層合金用于鎳基高溫合金或不銹鋼的高效率優質連接。
[0007]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0008]—種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金，該中間層合金為鎳基合金，按重量百分含量計，合金化學成分為:硼2?3.5%，硅I?3%，鎢4?10%，鉻10?15%，鐵3?6%，鎳為余量。
[0009]所述中間層合金為非晶態箔帶狀，采用甩帶法制備獲得;所述箔帶狀的中間層合金其寬度為25?55mm，厚度為35?55μπι。
[0010]所述中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接，連接方式為瞬間液相連接(瞬時液相擴散連接)。
[0011 ]所述中間層合金在1050?1250°C進行瞬間液相連接(瞬時液相擴散連接)，所用時間100?240分鐘。
[0012]本發明原理如下:
[0013]為了解決復雜體系鎳基中間層合金非晶箔帶成型性不良的問題，根據液態鎳基合金與固體金屬(銅乳輥)之間的潤濕過程特點，選擇鎳作為中間層合金基體;為了降低瞬間液相連接溫度，降低中間層合金熔點，選擇硼和硅元素作為降熔點元素，另外，硅元素的加入也明顯提高了液體金屬流動性，提高制備過程中的潤濕性，有利于合金的非晶化過程;為了提高焊后性能，加入鉻、鎢、鐵元素一方面固溶強化合金，另一方面可以提高中間層合金的成形能力和抗高溫氧化性能。
[0014]本發明的有益效果是:
[0015]1、本發明解決目前高溫合金釬焊材料設計不合理，成形性不好、焊后性能差的問題，采用本發明中間層合金對鎳基高溫合金和不銹鋼進行瞬間液相連接，連接質量良好，方法簡單有效。
[0016]2、焊接后合金(接頭)的抗拉強度達到母材65%以上。
【附圖說明】
[0017]圖1為中間層合金外觀形貌。
[0018]圖2為中間層合金物相分析結果。
[0019]圖3為實施例1連接后樣品微觀組織。
[0020]圖4為實施例1連接后樣品抗拉性能。
[0021]圖5為實施例2連接后樣品微觀組織。
[0022]圖6為實施例2連接后樣品抗拉性能。
[0023]圖7為實施例3連接后樣品微觀組織。
[0024]圖8為實施例3連接后樣品抗拉性能。
[0025]圖9為實施例4連接后樣品微觀組織。
[0026]圖10為實施例4連接后樣品抗拉性能。
[0027]圖11為實施例5連接后樣品微觀組織。
[0028]圖12為實施例5連接后樣品抗拉性能。
[0029]圖13為實施例6連接后樣品微觀組織。
[0030]圖14為實施例6連接后樣品抗拉性能。
【具體實施方式】
[0031 ]以下結合附圖及實施例詳述本發明。
[0032]本發明中間層合金以鎳為基體，添加了降熔點元素硼:2?3.5%，硅:1?3%;強化元素鎢:4?10% ;鐵:3?6% ;抗氧化元素鉻10?15%。
[0033]以下實施例中所用非晶箔帶狀的中間層合金制備方法為:將純度大于99.99%的純鎳、鉻、鎢、硅、鐵和鎳-硼合金(鎳-硼合金中硼為18.5wt.%)按所述比例配好后放入真空感應熔煉爐中熔煉成合金錠。采用常規銅輥甩帶法將合金錠制備成非晶箔帶，非晶帶材寬度為25?55mm，厚度為35?55μπι，其外觀形貌如圖1所示，分析結果表明其微觀結構是非晶(圖2)。使用這種中間層合金在1050?1250°C進行瞬間液相連接，用時30?240分鐘即可完成，并且沒有母材液化現象出現，沒有溶蝕問題。接頭連接質量較好，強度較高。
[0034]實施例1
[0035]本實施例鎳基高溫合金為K465，其化學成分為:Cr: 10_15wt.% ；ff:5-8wt.%；Si:2?5wt.% ；B:1.5-3.0wt.% ;鎳為余量。
[0036]中間層合金化學成分為:硼:2%;硅:2%;鎢:9%;鉻:12%;鐵:6%;鎳為余量。
[0037]去除合金棒表面氧化皮，加工成Φ16mmX 4mm的樣品。使用800號砂紙將待焊接面磨平和磨光，在丙酮和酒精中分別超聲清洗15分鐘去除樣品表面油污。將中間層合金放置在兩個待焊樣品之間，用夾具固定，在樣品外表面涂阻流劑防止液態中間層流失。
[0038]將裝配好的樣品放置在真空爐中進行瞬間液相連接，連接溫度為1200°C，時間為240分鐘，爐內氣壓不高于8 X 10—2Pa。焊接結束后爐冷至室溫。
[0039]圖3是焊接后樣品的微觀組織，可見，樣品內沒有出現液化現象。圖4是連接后樣品的拉伸性能測試結果，可見，焊接后合金(接頭)的抗拉強度達到母材65%以上。
[0040]實施例2
[0041 ] 本實施例鎳基高溫合金為K465，其化學成分為:Cr: 10_15wt.% ；ff:5-8wt.%；Si:2?5wt.% ；B:1.5-3.0wt.% ;鎳為余量。
[0042]中間層合金化學成分為:硼:3%;硅:2%