專利名稱：一種含活性元素Ti適合釬焊鉬及其合金的錳基釬料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含活性元素Ti適合釬焊鉬及其合 金的錳基釬料MnNiCoCrCuTi合金。它適用于鉬及其合金的同質(zhì)真空釬焊，也 適用于鉬及其合金與不銹鋼異種金屬之間的真空釬焊。
背景技術(shù)：
鉬及其合金具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、低膨脹系數(shù)、高溫強(qiáng)度、低蒸氣 壓和耐磨損等特性，可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域。鉬及其合金在電子設(shè)備中的應(yīng)用最 為廣泛，常用于制造照明及電子管構(gòu)件、微波設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件、高性能電子插 件及散熱裝置、醫(yī)療電子設(shè)備、X—射線管內(nèi)部元件(靶、支架和隔熱屏)等； 在航空和宇航工業(yè)中常用于制造耐高溫構(gòu)件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨喨~片、噴嘴、 宇宙飛行器的蒙皮、火焰擋板等；在核工業(yè)中常用于制造熱交換器和支撐格柵 等；此外，在化學(xué)工業(yè)、模具制造業(yè)等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。
鉬及其合金的釬焊是生產(chǎn)中常用的焊接方法。釬焊鉬及其合金時(shí)，釬料的 選擇主要取決于鉬及其合金構(gòu)件的使用溫度。工作溫度低于50(TC時(shí)，鉬及其合 金的釬焊可在鉬及其合金上先鍍鎳或鍍銅，再用普通的銀基或銅基釬料進(jìn)行釬 焊，釬焊溫度通常在IOO(TC以下，但鍍層工藝復(fù)雜，在釬焊時(shí)鍍層易剝落，常 導(dǎo)致釬焊接頭力學(xué)性能降低。工作溫度在50(TC 80(TC時(shí)，鉬及其合金的釬焊 可以采用錳基或鎳基釬料進(jìn)行真空釬焊，釬焊溫度通常在10(XrC 150(TC，但 這兩種釬料對(duì)鉬及其合金的潤(rùn)濕性不好，導(dǎo)致釬料在鉬及其合金表面鋪展困難， 填充間隙不充分，在一定程度上會(huì)影響釬焊接頭的力學(xué)性能。工作溫度高于800 'C時(shí)，鉬及其合金的釬焊通常采用鈦基或者其他高熔點(diǎn)的純金屬釬料，進(jìn)行真 空釬焊，釬焊溫度大多在1500'C以上。鉬及其合金與不銹鋼異種金屬之間的釬 焊所使用的釬料比較少見， 一般采用PdM合金釬料和CoPd合金釬料，釬焊溫 度在1300。C 135(TC。
在現(xiàn)有的釬焊技術(shù)中，鉬及其合金高溫構(gòu)件的釬焊溫度大多超過1200°C， 而鉬及其合金的再結(jié)晶溫度區(qū)間在115(TC 120(TC，釬焊溫度超過再結(jié)晶溫度 會(huì)引起鉬及其合金晶粒長(zhǎng)大及接頭脆化，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能降低，并且溫度過 高也會(huì)使被焊構(gòu)件的變形量增大，影響焊后構(gòu)件的精密度，所以最好在鉬及其 合金的再結(jié)晶溫度以下釬焊。
因此，釬焊溫度在100(TC 120(TC的錳基合金釬料就引起了人們的注意。
錳基釬料具有較高的室溫和高溫強(qiáng)度，較好的抗氧化性能和耐腐蝕性能，對(duì)不 銹鋼具有良好的潤(rùn)濕性，無明顯的溶蝕和晶間滲入現(xiàn)象，釬焊后焊縫致密，釬 焊接頭牢固。但錳基釬料對(duì)鉬及其合金的潤(rùn)濕性不好，用于鉬及其合金與不銹 鋼異種金屬之間釬焊時(shí)會(huì)影響釬焊接頭的力學(xué)性能。
目前，在釬焊鉬及其合金的現(xiàn)有技術(shù)中，存在上述問題，不利于拓寬鉬及 其合金構(gòu)件的工程應(yīng)用。因此，開發(fā)和制造可釬焊鉬及其合金的中溫、活性釬 料合金很有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含活性元素Ti適合釬焊鉬及其合金的錳基釬料 MnNiCoCrCuTi合金，其對(duì)鉬及其合金的釬焊特性優(yōu)良。在真空環(huán)境中，釬焊溫 度100(TC 120(TC條件下，完成構(gòu)件的高可靠釬焊連接工藝。它適用于鉬及其 合金的同質(zhì)真空釬焊，也適用于鉬及其合金與不銹鋼異種金屬之間的真空釬焊。 焊后構(gòu)件精度高、焊縫致密、接頭牢固、可在60(TC 80(TC穩(wěn)定使用。
本發(fā)明含活性元素Ti適合釬焊鉬及其合金的錳基釬料，其特征在于合金元 素的重量百分比為-
Nil5.0 40.0% Cu4. 0 36.0% Co 0 16.0% Cr0 13.0% Ti 0. 01 2. 0% Mn余量。
錳的熔點(diǎn)較高為1243°C，并且對(duì)鉬及其合金的潤(rùn)濕性不好。因此，本發(fā)明 的釬料在錳的基體上還添加一些適合的金屬元素，以獲得適用的釬料合金。本 發(fā)明使用合金元素以及它們的效果描述如下
Th加入少量的活性元素Ti，可以提高釬料的活性，使釬料對(duì)鉬及其合金 母材有良好的潤(rùn)濕性，促進(jìn)釬料與鉬及其合金母材的反應(yīng)，達(dá)到冶金結(jié)合的目 的。本發(fā)明的實(shí)踐表明，Ti含量低于0.0196達(dá)不到良好的潤(rùn)濕效果，而含量大于 2.0%則會(huì)導(dǎo)致釬料中脆性相的增多，影響釬料的加工性能，達(dá)不到使用技術(shù)要 求。因此，本發(fā)明將其在釬料中的添加量確定在0.01 2.0%范圍內(nèi)。
Ni:鎳作為釬料中的主要元素，其作用是降低釬料的熔點(diǎn)。根據(jù)Mn—Ni 二元合金相圖可知，錳和鎳可形成固溶體，當(dāng)w(Ni)為40y。時(shí)，合金的熔點(diǎn)最低 為1005°C。因此，本發(fā)明限定該合金釬料中含鎳量的上限為40%。錳基釬料就 是以為Mn—Ni合金為基體，加入不同的合金元素組成的。
Cu:根據(jù)Mn—Cu二元合金相圖可知，銅降低錳的熔點(diǎn)效果顯著，并且銅 和錳能夠形成無限固溶體，因而可提高釬料的冷加工性能。但是，隨著銅含量 的增加，合金釬料的熔點(diǎn)顯著降低，會(huì)影響焊縫的高溫強(qiáng)度。因此，本發(fā)明限
定該合金釬料中含銅量的上限為36%。
Cr:添加鉻可以提高合金釬料的抗氧化性和耐腐蝕性，但是隨著鉻含量的 增加，合金釬料的熔點(diǎn)升高。因此，本發(fā)明限定該合金釬料中含鉻量的上限為 13%。
CO:添加鈷可以提高合金釬料的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性，但是隨著鈷含量的 增加，合金釬料中會(huì)形成脆性金屬間化合物，影響合金釬料的加工性能。因此，
本發(fā)明限定該合金釬料中含鈷量的上限為16%。
本發(fā)明的合金釬料適用于鉬及其合金的同質(zhì)真空釬焊，也適用于鉬及其合 金與不銹鋼異種金屬之間的真空釬焊。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有
如下優(yōu)越性
1、 本發(fā)明的合金釬料對(duì)鉬及其合金的潤(rùn)濕性良好。錳基釬料對(duì)鉬及其合金 的潤(rùn)濕性較差，由于本釬料中含有活性元素Ti，因此顯著減小熔融釬料與鉬及 其合金的潤(rùn)濕角，改善釬料對(duì)被焊母材的潤(rùn)濕性。
2、 本發(fā)明合金釬料的釬焊溫度適中。本發(fā)明的合金釬料熔化溫度920°C U35。C，釬焊溫度1000°C 1200°C，對(duì)設(shè)備的要求不高，在常用的中溫真空釬 焊爐中均可完成釬焊，避免了鉬及其合金晶粒的長(zhǎng)大傾向，提高了釬焊接頭的 塑性，同時(shí)也減少了構(gòu)件因溫度過高所引起的變形量，提高了焊后構(gòu)件的精密 度。
3、 使用本發(fā)明的合金釬料釬焊后，釬焊接頭的力學(xué)性能良好。因?yàn)镸o與 Ni、 Mn、 Co、 Cr均可以形成固溶體，隨著母材向釬料中的溶解和釬料合金元素 向母材中的擴(kuò)散發(fā)生反應(yīng)，能形成牢固的冶金結(jié)合。釬焊后，母材鉬及其合金 的晶粒無明顯長(zhǎng)大現(xiàn)象，焊縫致密(詳見


)、接頭牢固、可在60(TC 800'C穩(wěn)定使用。

圖l為使用本發(fā)明的活性錳基釬料釬焊不銹鋼與鉬異種金屬之間的焊縫金 相組織(左側(cè)是不銹鋼，中間是悍縫，右側(cè)是鉬)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對(duì)鉬及其合金的特點(diǎn)，以Mn為基體，加入Ni、 Cu降低合金釬料 熔點(diǎn)，加入Cr、 Co提高合金釬料的高溫性能和抗腐蝕能力，加入活性元素Ti 提高釬料對(duì)鉬及其合金的潤(rùn)濕性，配置出一種工藝性能優(yōu)良的活性錳基釬料合 金。該合金釬料的成分為Nil5.0 40.0% Cu4.0 36.0% Co0 16.0%Cr
0 13.0% Ti0.01 2.0% Mn余量。將配好的材料用真空感應(yīng)爐熔煉，然后 澆注成鑄錠，經(jīng)鍛造、熱軋、冷軋后，可以制成箔材使用。 下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)例1:配制一種成分為Ni23.0% Cu5.0% Co 6.0% Ti 0. 5%，其余為 Mn的合金釬料，在真空中熔煉鑄造，鑄錠經(jīng)鍛造、熱軋、冷軋得到一種延展性 良好、高溫強(qiáng)度較好的活性錳基釬料片材。
用該釬料進(jìn)行鉬的同質(zhì)真空釬焊時(shí)，采用搭接釬焊接頭，在釬縫間隙內(nèi)預(yù) 置釬料片，釬焊溫度1120°C，真空度2 3X10_2Pa，保溫10min。釬焊后，釬 料填滿釬縫間隙并在釬縫周圍形成釬角，被焊母材鉬晶粒無明顯長(zhǎng)大現(xiàn)象，接 頭牢固，焊縫的剪切強(qiáng)度可達(dá)267MPa。該釬料中含鈷，因而高溫強(qiáng)度較好，可 在650。C 75(TC穩(wěn)定使用。
實(shí)例2:配制一種成分為Ni 23.0% Cu 5.0% Co 16.0% Ti 1.5%，其余 為Mn的合金釬料。用該釬料進(jìn)行TZM合金的同質(zhì)真空釬悍時(shí)，采用搭接釬焊接 頭，在釬縫間隙內(nèi)預(yù)置釬料片，釬焊溫度120(TC，真空度2 3X10—2Pa，保溫 15min。釬焊后，釬料填滿釬縫間隙并在釬縫周圍形成釬角，被焊母材晶粒無明 顯長(zhǎng)大現(xiàn)象，接頭牢固，焊縫的剪切強(qiáng)度可達(dá)283MPa。該釬料中鈷含量較高， 對(duì)高溫強(qiáng)度提高較大，因而可在700'C 80(TC穩(wěn)定使用。
實(shí)例3:配制一種成分為Ni 35. 0% Cr 6. 0% Cul3. 0% Co 5. 0% Ti 1. 0%， 其余為Mn的合金釬料。用該釬料釬焊鉬和不銹鋼，采用管件的套接釬焊接頭， 釬焊溫度112(TC，真空度2 3X10—2Pa，保溫15min，釬料預(yù)置在被焊母材鉬
表面，釬料熔化后在母材表面潤(rùn)濕、鋪展，借助毛細(xì)作用填充焊縫。釬焊后， 釬料填滿釬縫間隙并在釬縫周圍形成釬角，被焊母材鉬晶粒無明顯長(zhǎng)大現(xiàn)象， 釬焊構(gòu)件精度高，接頭牢固，焊縫的剪切強(qiáng)度可達(dá)227MPa，可在60(TC 70(TC 穩(wěn)定使用。該釬料中添加了鉻元素，因而具有較好的抗氧化性能。
實(shí)例4:配制一種成分為Ni 35. 0% Cr 12. 0% Cu 13. 0% Co 5. 0% Ti 2.0%，其余為Mn的合金釬料。用該釬料進(jìn)行鉬的同質(zhì)真空釬焊時(shí)，采用搭接釬 焊接頭，在釬縫間隙內(nèi)預(yù)置釬料片，釬焊溫度115(TC，真空度2 3X10—2pa， 保溫10min。釬焊后，釬料填滿釬縫間隙并在釬縫周圍形成釬角，被焊母材鉬晶 粒無明顯長(zhǎng)大現(xiàn)象，接頭牢固，焊縫的剪切強(qiáng)度可達(dá)246MPa，可在60(TC 700 "C穩(wěn)定使用。該釬料提高了含鉻量，因而具有更好的抗氧化性能。
實(shí)例5:配制一種成分為Ni 27.0% Cu20.0% Ti 1. 5%，其余為Mn的合 金釬料。用該釬料釬焊鉬和不銹鋼，采用管件的套接釬焊接頭，釬焊溫度1060 。C，真空度2 3X10—2Pa，保溫15min，釬料預(yù)置在被焊母材鉬表面，釬料熔化 后在母材表面潤(rùn)濕，借助毛細(xì)作用填充焊縫。釬焊后，釬料填滿釬縫間隙并在 釬縫周圍形成釬角，被焊母材晶粒無長(zhǎng)大現(xiàn)象，釬焊構(gòu)件精度高，接頭牢固，
焊縫的剪切強(qiáng)度可達(dá)203MPa。該釬料銅含量較高，因而熔點(diǎn)較低，釬焊溫度較 低。
實(shí)例6:配制一種成分為Ni22.0% Cu36% Ti 2. 0%，其余為Mn的合金 釬料。用該釬料釬焊鉬和不銹鋼，采用管件的套接釬焊接頭，釬焊溫度100(TC， 真空度2 3X10—2Pa，保溫15min，釬料預(yù)置在被焊母材鉬表面，釬料熔化后在 母材表面潤(rùn)濕，借助毛細(xì)作用填充焊縫。釬焊后，釬料填滿釬縫間隙并在釬縫 周圍形成釬角，被焊母材晶粒無長(zhǎng)大現(xiàn)象，釬焊構(gòu)件精度高，接頭牢固，焊縫 的剪切強(qiáng)度可達(dá)186MPa。該釬料銅含量更高，熔點(diǎn)更低，因而釬焊溫度可以更 低，適合于多級(jí)釬焊中的末級(jí)釬焊。
權(quán)利要求
1、一種錳基合金釬料，添加有活性元素Ti，特別適用于鉬及其合金的同質(zhì)真空釬焊，或者鉬及其合金與不銹鋼異種金屬之間的真空釬焊，其特征在于這種合金釬料的成分為(重量百分比)活性元素Ti Ni Cu CrCo Mn0.01～2.0％ 15.0～40.0％ 4.0～36.0％ 0～13.0％ 0～16.0％ 余量。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，即提供了一種含活性元素Ti適合釬焊鉬及其合金的錳基釬料MnNiCoCrCuTi合金，它的合金組分及重量比為Ni 15.0～40.0％Cu 4.0～36.0％ Co 0～16.0％ Cr 0～13.0％ Ti 0.01～2.0％余量為Mn。本發(fā)明的釬料熔化溫度920℃～1135℃，釬焊溫度1000℃～1200℃，適用于鉬及其合金的同質(zhì)真空釬焊，也適用于鉬及其合金與不銹鋼異種金屬之間的真空釬焊。因?yàn)楹猩倭炕钚栽豑i，使得釬料與鉬及其合金能夠很好地潤(rùn)濕、充分地填縫，保證釬焊接頭的健全性。焊后鉬及其合金母材晶粒無明顯長(zhǎng)大，構(gòu)件精密度高、焊縫致密、接頭牢固、可在600℃～800℃穩(wěn)定使用。
文檔編號(hào)B23K35/24GK101185992SQ200710050808
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者文玉華, 寧 李, 王志廣, 明 胡, 趙興保, 黃姝珂 申請(qǐng)人:四川大學(xué)