專利名稱：一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TiAl基合金連接方法。
背景技術(shù)：
TiAl基合金是一種新型輕質(zhì)的高溫結(jié)構(gòu)材料，密度不到鎳基高溫合金的50%，具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)、高比剛、耐蝕、耐磨、耐高溫以及優(yōu)異的抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，并具有優(yōu)異的室溫及高溫力學(xué)性能，在當(dāng)代航空航天、兵器工業(yè)以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域作為代替某些高溫合金和鈦合金的候選高溫材料之一，具有重要的工程化應(yīng)用潛力。TiAl基合金的焊接是其獲得廣泛應(yīng)用的重要前提和保證。然而，由于TiAl基合金的本質(zhì)脆性及其低的室溫塑性，導(dǎo)致采用熔焊方法焊接TiAl合金時(shí)難以避免結(jié)晶裂紋、冷裂紋等缺陷，很難獲得無缺陷的焊接接頭。采用釬焊獲得的TiAl合金接頭具有以下不足 (1)采用Al基釬料獲得TiAl合金接頭，釬料厚度較厚且釬焊溫度較低，接頭使用溫度不高 (不超過500°C)且強(qiáng)度較低，難以發(fā)揮TiAl基合金的高溫應(yīng)用優(yōu)勢；( 采用Ni基、Ti基等釬料獲得的釬焊接頭雖然具有一定高溫強(qiáng)度，可以在高溫下使用，但是在焊接過程中引入了其它雜質(zhì)元素而使其性能惡化，釬焊接頭中較易形成Ti、Ni、Al 二元或三元脆性金屬間化合物，降低釬焊接頭韌性；(3)釬料中降熔元素(如Si、B等)向TiAl母材的擴(kuò)散必然引起母材性能的改變，容易引起接頭區(qū)域抗腐蝕及氧化性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決目前通過釬焊獲得的TiAl合金接頭高溫強(qiáng)度低，且連接過程中引入TiAl合金母材所沒有的雜質(zhì)元素而使接頭抗腐蝕和氧化等性能惡化的問題，提供一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法。本發(fā)明一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，按以下步驟進(jìn)行 一、將TiAl基合金用線切割加工成所需的尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、將待焊的 TiAl基合金的連接面采用砂紙打磨后拋光，然后將連接面放入丙酮中超聲清洗5 1Omin ； 三、然后將厚度為15 25 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間，施加0. 01 0. IMPa的壓力，放置于真空加熱爐中焊接，當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到1 X 10_3 2 X lO-2Pa 后開始通電加熱，加熱速度為30 50°C /min,加熱至1100 1200°C后在該溫度下保溫4 他，之后以5 10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫，即完成TiAl基合金連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明使用較薄的Al箔(Al箔厚度僅為15 25μπι)保證了連接過程中形成的液態(tài)鋁能夠通過擴(kuò)散完全進(jìn)入TiAl基合金，無殘余金屬Al，保證接頭區(qū)域合金元素的均勻化，最終實(shí)現(xiàn)無縫焊接；2、本發(fā)明在較高的溫度下(1100 1200°C )連接有助于Al的擴(kuò)散，較高的等溫?cái)U(kuò)散溫度為接頭的高溫使用提供了保障，通過該方法連接的TiAl基合金的焊縫或者接頭能在600 800°C的高溫下使用；
3、本發(fā)明采用Al作中間層避免了 TiAl基合金在焊接過程中引入其它雜質(zhì)元素惡化其性能，保證了連接前后TiAl基合金成分、性能等的穩(wěn)定；4、本發(fā)明可以利用普通真空加熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)TiAl基合金的高質(zhì)量連接，降低了對連接設(shè)備的要求；本發(fā)明的焊接質(zhì)量穩(wěn)定，接頭具有與母材相當(dāng)?shù)氖覝丶案邷貜?qiáng)度，并且工藝簡單、可操作性強(qiáng)；本發(fā)明TiAl基合金經(jīng)澆注后要在1100 1200°C范圍內(nèi)進(jìn)行均勻化擴(kuò)散退火，如此便可將均勻化擴(kuò)散退火+焊接在同一工序內(nèi)完成，降低能耗，節(jié)約成本。


圖1為具體實(shí)施方式
十二中待焊的TiAl基合金的裝配示意圖2為具體實(shí)施方式
十二獲得的TiAl基合金接頭界面組織結(jié)構(gòu)背散射電子照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，按以下步驟進(jìn)行一、將TiAl基合金用線切割加工成所需的尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、將待焊的TiAl基合金的連接面采用砂紙打磨后拋光，然后將連接面放入丙酮中超聲清洗5 IOmin ；三、然后將厚度為15 25 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間，施加0. 01 0. IMPa的壓力，放置于真空加熱爐中焊接，當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到 1X10—3 2 X KT2Pa后開始通電加熱，加熱速度為30 50°C /min，加熱至1100 1200°C 后在該溫度下保溫4 他，之后以5 10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫，即完成TiAl基合金連接。本實(shí)施方式使用較薄的Al箔保證了連接過程中形成的液態(tài)鋁能夠通過擴(kuò)散完全進(jìn)入TiAl基合金，無殘余金屬Al，保證接頭區(qū)域合金元素的均勻化，最終實(shí)現(xiàn)無縫焊接；本實(shí)施方式在較高的溫度下(1100 1200°C )連接有助于Al的擴(kuò)散，更主要的是通過該方法連接的TiAl基合金的焊縫或者接頭能在600 800°C的高溫下使用，較高的等溫?cái)U(kuò)散溫度為接頭的高溫使用提供了保障；本實(shí)施方式采用Al作中間層避免了 TiAl基合金在焊接過程中引入其它雜質(zhì)元素惡化其性能，保證了連接前后TiAl基合金成分、性能等的穩(wěn)定；本實(shí)施方式可以利用普通真空加熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)TiAl基合金的高質(zhì)量連接，降低了對連接設(shè)備的要求；本發(fā)明的焊接質(zhì)量穩(wěn)定，接頭具有與母材相當(dāng)?shù)氖覝丶案邷貜?qiáng)度，并且工藝簡單、 可操作性強(qiáng)；本實(shí)施方式TiAl基合金經(jīng)澆注后要在1100 1200°C范圍內(nèi)進(jìn)行均勻化擴(kuò)散退火，如此便可將均勻化擴(kuò)散退火+焊接在同一工序內(nèi)完成，降低能耗，節(jié)約成本。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中將連接面放入丙酮中超聲清洗8min。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟三中將厚度為18 23 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟三中將厚度為20 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟三中施加0. 03 0. 08MPa的壓力。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟三中施加0. 05MPa的壓。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到IX 10-2 后開始通電加熱。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同的是步驟三中加熱速度為40°C/min。其它與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟三中加熱至1150°C。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九之一不同的是步驟三中保溫幾。其它與具體實(shí)施方式
一至九之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十之一不同的是步驟三中以8°C /min的冷卻速度冷卻至室溫。其它與具體實(shí)施方式
一至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，按以下步驟進(jìn)行一、將Ti-45Al-8Nb-(W. B. Y)合金用線切割加工成20mmX 8mmX 3mm 和4mmX4mmX 2mm尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、將待焊的TiAl基合金的連接面采用砂紙打磨后拋光，然后將連接面放入丙酮中超聲清洗5min ；三、然后將厚度為20 μ m的Al 箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間，施加0. 05MPa的壓力，按照圖1所示裝配好后放置于真空加熱爐中焊接，當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到IX 10-2 后開始通電加熱，加熱速度為40°C /min，加熱至1200°C后在該溫度下保溫6h，之后以5°C /min的冷卻速度冷卻至室溫，即完成TiAl基合金連接。本實(shí)施方式獲得的TiAl基合金接頭界面組織結(jié)構(gòu)背散射電子照片如圖2所示，由圖2可以看出，采用本實(shí)施方式的方法獲得了完整的高質(zhì)量TiAl接頭，無明顯焊縫存在，實(shí)現(xiàn)了 TiAl的無縫連接。經(jīng)測試，接頭的室溫平均抗剪切強(qiáng)度達(dá)到320MI^左右，700°C時(shí)平均抗剪切強(qiáng)度達(dá)到205MPa。
權(quán)利要求
1.一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，按以下步驟進(jìn)行一、將TiAl基合金用線切割加工成所需的尺寸，得到待焊的TiAl基合金；二、將待焊的TiAl基合金的連接面采用砂紙打磨后拋光，然后將連接面放入丙酮中超聲清洗5 IOmin ；三、然后將厚度為15 25 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間，施加0. 01 0. IMPa的壓力，放置于真空加熱爐中焊接，當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到1 X 10_3 2 X IO-2Pa后開始通電加熱，加熱速度為30 500C /min，加熱至1100 1200°C后在該溫度下保溫4 8h，之后以5 10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫，即完成TiAl基合金連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中將厚度為18 23μπι的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中將厚度為20 μ m的Al箔置于待焊的TiAl基合金的連接面之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法， 其特征在于步驟三中施加0. 03 0. 08MPa的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中當(dāng)真空加熱爐中真空度達(dá)到1 X IO-2Pa后開始通電加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中加熱速度為40°C /min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中加熱至1150°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中保溫7h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，其特征在于步驟三中以8°C /min的冷卻速度冷卻至室溫。
全文摘要
一種采用Al箔作中間層實(shí)現(xiàn)TiAl基合金連接的方法，涉及一種TiAl基合金連接方法。本發(fā)明是要解決目前通過釬焊獲得的TiAl合金接頭高溫強(qiáng)度低，且連接過程中引入TiAl合金母材所沒有的雜質(zhì)元素而使接頭抗腐蝕和氧化等性能惡化的問題。方法一、將TiAl基合金加工成所需的尺寸；二、將TiAl基合金連接面采用砂紙打磨后拋光，放入丙酮中超聲清洗；三、將Al箔置于連接面之間，施加壓力，放置于真空加熱爐中焊接，加熱、保溫，冷卻至室溫，即完成TiAl基合金連接。本發(fā)明方法連接的TiAl基合金的焊縫或者接頭能在600～800℃的高溫下使用，避免在焊接過程中引入其它雜質(zhì)。應(yīng)用于TiAl基合金連接技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號B23K20/22GK102151981SQ201110109009
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者馮吉才, 司國棟, 宋曉國, 張麗霞, 曹健, 竇冬柏 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)