專利名稱：一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料及其制備方法
一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高熵釬料及其制備方法。
背景技術(shù)：
SiC, Si3N4, ZrB2等非氧化物陶瓷是航空航天領(lǐng)域重要的超高溫結(jié)構(gòu)材料。C/SiC復(fù)合材料、ZSC復(fù)合材料等通過(guò)在單相陶瓷基體中添加一定體積分?jǐn)?shù)的C纖維或其它陶瓷顆粒(石墨)增強(qiáng)相，進(jìn)一步提高了材料的機(jī)械性能和高溫抗氧化性能。由于這些非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料制備和成形方法的限制，實(shí)現(xiàn)它們自身或與其它材料的連接是保證其在上述領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前報(bào)道的關(guān)于非氧化物陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料的連接方法有機(jī)械連接、擴(kuò)散焊和釬焊等。但機(jī)械連接存在消極質(zhì)量過(guò)大，氣密性無(wú)法保證等問(wèn)題；而擴(kuò)散焊由于需要施加較大的壓力，其可焊接的結(jié)構(gòu)形式非常有限；相對(duì)于前兩種方法，釬焊具有更大的優(yōu)勢(shì)如接頭不存在消極質(zhì)量重、氣密性良好、焊接中不需施加較大壓力，接頭形式不受限制等。目前使用的鈦基釬料延性較差，不能有效緩解陶瓷/金屬釬焊接頭中由于母材熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力，接頭力學(xué)性能差。而鎳基釬料會(huì)與非氧化物陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料中的陶瓷相劇烈反應(yīng)，一方面破壞陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料本身的性能，另一方面生成的產(chǎn)物會(huì)使接頭變脆。已見(jiàn)報(bào)道的用于非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料直接釬焊連接的釬料主要有AgCuTi釬料，商用鈦基、鎳基和鈀基釬料。由于AgCuTi釬料本身抗高溫氧化和蠕變性能差，釬焊接頭無(wú)法滿足高溫使用需求。鈀基釬料價(jià)格昂貴，使用前景極為有限。鈦基釬料本身延性較差，獲得的接頭力學(xué)性能往往難以滿足實(shí)際要求。而現(xiàn)存商用鎳基釬料又存在與非氧化物陶瓷SiC、Si3N4、ZrB2等劇烈反應(yīng)，接頭界面組織性能差的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一種可釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料，并使接頭在500°C以上還具有可靠使用性能的高溫釬料成為亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有焊接非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料，接頭在500°C以上高溫釬料性能不可靠的問(wèn)題，而提供一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料及其制備方法。本發(fā)明的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料按重量份數(shù)是由18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2組成。本發(fā)明的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為lX10_2Pa的條件下，熔煉10 120min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5^20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。本發(fā)明的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. I 13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為lX10_2Pa的條件下，熔煉10 120min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片；四、復(fù)合壓片將20 μ m 100 μ m厚的的Ti箔與步驟三得到的箔 片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5^20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。本發(fā)明的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2 ;二、將步驟一稱取的各組分，按球料質(zhì)量比為12 16 1的比例放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速為28(T320r/min的條件下，室溫球磨2 3h，即得混合粉末；三、將步驟二得到的混合粉末采用壓片機(jī)加壓6 X 108N/m2，得到厚度為O. 01 2mm箔片，將箔片用丙酮在頻率為20KHz的超聲中清洗lOmin，室溫干燥l 2h，即得高熵釬料；其中，步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明實(shí)現(xiàn)非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料自身或與金屬的直接釬焊，焊前不需要對(duì)陶瓷或復(fù)合材料表面進(jìn)行任何改性處理。本發(fā)明的高熵釬料對(duì)于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料與多種高溫合金而言熔點(diǎn)合適，潤(rùn)濕性好，并且能滿足釬焊接頭800°C使用要求。且本發(fā)明的釬料成分中不含Ag、Pd等貴金屬，成本低廉。本發(fā)明中使用的高熵釬料做中間層時(shí)，陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)的冶金反應(yīng)適度，而且由于釬料體系中多元素間的相互作用增進(jìn)了元素間的相溶性并能限制元素?cái)U(kuò)散速率，從而有效抑制了釬焊接頭中脆性金屬間化合物的生成，使釬縫組織較多的以固溶體存在而提高接頭的性能。本發(fā)明所獲得的ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35 71MPa，且在800°C下的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。本發(fā)明所獲得的ZSC復(fù)合材料與Nb的接頭的強(qiáng)度達(dá)到27 33MPa。本發(fā)明所獲得的C/SiC復(fù)合材料與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2(T45MPa。本發(fā)明所獲得的SiC陶瓷與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2f27MPa。另外，本發(fā)明的釬料還可以用來(lái)釬焊石墨、SiC陶瓷、C/C復(fù)合材料。


圖I為試驗(yàn)IZSC與GH99的釬焊的接頭的電鏡圖片。
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)施方式的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料，按重量份數(shù)是由18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、
10.Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或TiH2組成。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料自身或與金屬的直接釬焊，焊前不需要對(duì)陶瓷或復(fù)合材料表面進(jìn)行任何改性處理。本實(shí)施方式的高熵釬料對(duì)于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料與多種高溫合金而言熔點(diǎn)合適，潤(rùn)濕性好，并且能滿足釬焊接頭800°C使用要求。且本實(shí)施方式的釬料成分中不含Ag、Pd等貴金屬，成本低廉。本實(shí)施方式中使用的高熵釬料做中間層時(shí)，陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)的冶金反應(yīng)適度，而且由于釬料體系中多元素間的相互作用增進(jìn)了元素間的相溶性并能限制元素?cái)U(kuò)散速率，從而有效抑制了釬焊接頭中脆性金屬間化合物的生成，使釬縫組織較多的以固溶體存在而提高接頭的性能。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35 71MPa，且在800°C下的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與Nb的接頭的強(qiáng)度達(dá)到27 33MPa。本實(shí)施方式所獲得的C/SiC復(fù)合材料與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2(T45MPa。本實(shí)施方式所獲得的SiC陶瓷與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2廣27MPa。 另外，本實(shí)施方式的釬料還可以用來(lái)釬焊石墨、SiC陶瓷、C/C復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述的Ni純度為99. 0% 99. 9%、Cr 純度為 99. 0% 99. 9%、Co 純度為 99. 0% 99. 9%, Fe 純度為 99. 0% 99. 9%、Cu純度為99. 0% 99. 9%和Ti純度為99. 0% 99. 9%或TiH2為99. 0% 99. 9%。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
一至二不同的是所述的為Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。其它與具體實(shí)施方式
一至二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu 和 0 24· 9 份的 Ti 或 TiH2 ；二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為lX10_2Pa的條件下，熔煉10 120min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5^20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料自身或與金屬的直接釬焊，焊前不需要對(duì)陶瓷或復(fù)合材料表面進(jìn)行任何改性處理。本實(shí)施方式的高熵釬料對(duì)于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料與多種高溫合金而言熔點(diǎn)合適，潤(rùn)濕性好，并且能滿足釬焊接頭800°C使用要求。且本實(shí)施方式的釬料成分中不含Ag、Pd等貴金屬，成本低廉。本實(shí)施方式中使用的高熵釬料做中間層時(shí)，陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)的冶金反應(yīng)適度，而且由于釬料體系中多元素間的相互作用增進(jìn)了元素間的相溶性并能限制元素?cái)U(kuò)散速率，從而有效抑制了釬焊接頭中脆性金屬間化合物的生成，使釬縫組織較多的以固溶體存在而提高接頭的性能。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35 71MPa，且在800°C下的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與Nb的接頭的強(qiáng)度達(dá)到27 33MPa。本實(shí)施方式所獲得的C/SiC復(fù)合材料與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2(T45MPa。本實(shí)施方式所獲得的SiC陶瓷與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2廣27MPa。另外，本實(shí)施方式的釬料還可以用來(lái)釬焊石墨、SiC陶瓷、C/C復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是將步驟二替換為將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，1200°C 1800°C溫度的條件下，進(jìn)行電弧熔煉10 120min制成合金錠，再進(jìn)行(Γ5次重熔，鑄造后，得到合金錠。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至五不同的是步驟一中所述的Ni純度為99. 0% 99. 9%、Cr純度為99. 0% 99. 9%、Co純度為99. 0% 99. 9%、Fe純度為99. 0% 99. 9%、Cu 純度為 99. 0% 99. 9% 和 Ti 純度為 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 為 99. 0% 99. 9%。
其它與具體實(shí)施方式
四至五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料 的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu 和 0 24· 9 份的 Ti 或 TiH2 ；
二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為lX10_2Pa的條件下，熔煉l(Tl20min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片；四、復(fù)合壓片將20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔與步驟三得到的箔片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5^20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料自身或與金屬的直接釬焊，焊前不需要對(duì)陶瓷或復(fù)合材料表面進(jìn)行任何改性處理。本實(shí)施方式的高熵釬料對(duì)于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料與多種高溫合金而言熔點(diǎn)合適，潤(rùn)濕性好，并且能滿足釬焊接頭800°C使用要求。且本實(shí)施方式的釬料成分中不含Ag、Pd等貴金屬，成本低廉。本實(shí)施方式中使用的高熵釬料做中間層時(shí)，陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)的冶金反應(yīng)適度，而且由于釬料體系中多元素間的相互作用增進(jìn)了元素間的相溶性并能限制元素?cái)U(kuò)散速率，從而有效抑制了釬焊接頭中脆性金屬間化合物的生成，使釬縫組織較多的以固溶體存在而提高接頭的性能。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35 71MPa，且在800°C下的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與Nb的接頭的強(qiáng)度達(dá)到27 33MPa。本實(shí)施方式所獲得的C/SiC復(fù)合材料與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2(T45MPa。本實(shí)施方式所獲得的SiC陶瓷與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2廣27MPa。另外，本實(shí)施方式的釬料還可以用來(lái)釬焊石墨、SiC陶瓷、C/C復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同的是將步驟二替換為將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，1200°C 1800°C溫度的條件下，進(jìn)行電弧熔煉l(Tl20min制成合金錠，再進(jìn)行(Γ5次重熔，經(jīng)鑄造后，得到合金錠。其它與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取If 24份的Ni、14. 3^19份的 Cr、16. 8 22. 5 份的 Co、15. 9 21 份的 Fe、10. Γ13. 5 份的 Cu和(Γ24. 9 份的 Ti 或TiH2 ;二、將步驟一稱取的各組分，按球料質(zhì)量比為12 16 1的比例放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速為28(T320r/min的條件下，室溫球磨2 3h，即得混合粉末；三、將步驟二得到的混合粉末采用壓片機(jī)加壓6X108N/m2，得到厚度為O. Ollmm箔片，將箔片用丙酮在頻率為20KHz的超聲中清洗IOmin,室溫干燥2h,即得高熵釬料；其中，步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料自身或與金屬的直接釬焊，焊前不需要對(duì)陶瓷或復(fù)合材料表面進(jìn)行任何改性處理。本實(shí)施方式的高熵釬料對(duì)于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料與多種高溫合金而言熔點(diǎn)合適，潤(rùn)濕性好，并且能滿足釬焊接頭800°C使用要求。且本實(shí)施方式的釬料成分中不含Ag、Pd等貴金屬，成本低廉。本實(shí)施方式中使用的高熵釬料做中間層時(shí)，陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)的冶金反應(yīng)適度，而且由于釬料體系中多元素間的相互作用增進(jìn)了元素間的相溶性并能限制元素?cái)U(kuò)散速率，從而有效抑制了釬焊接頭中脆性金屬間化合物的生成，使釬縫組織較多的以固溶體存在而提高接頭的性能。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35 71MPa，且在800°C下的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。本實(shí)施方式所獲得的ZSC復(fù)合材料與Nb的接頭的強(qiáng)度達(dá)到27 33MPa。本實(shí)施方式所獲得的C/SiC復(fù)合材料與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2(T45MPa。本實(shí)施方式所獲得的SiC陶瓷與金屬的釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到2廣27MPa。另外，本實(shí)施方式的釬料還可以用來(lái)釬焊石墨、SiC陶瓷、C/C復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
九不同的是步驟一中所述的Ni純度為99. 0% 99. 9%、Cr純度為99. 0% 99. 9%、Co純度為99. 0% 99. 9%、Fe純度為99. 0% 99. 9%、Cu 純度為 99. 0% 99. 9% 和 Ti 純度為 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 為 99. 0% 99. 9%。其它與具體實(shí)施方式
九相同。通過(guò)以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果試驗(yàn)I本試驗(yàn)的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱取1.8g的Ni粉、1.43g的Cr、1.68g的Co、1.59g的Fe、I. Olg的Cu、和2. 49g的Ti ;二、將步驟一稱取的組分放入石墨坩堝中，在溫度為1600°C，真空度為I X KT2Pa的條件下，熔煉80min，熔煉后采取相同工藝重熔5次，獲得成分均勻的合金錠；
三、采用線切割的方式將步驟二得到的合金錠切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并將箔片表面在600#砂紙上打磨至箔片厚度為O. Γ0. 8mm,即得高熵釬料。將ZSC復(fù)合材料和GH99高溫合金待焊表面的油污、氧化物用機(jī)械清理方法清理干凈，將ZSC復(fù)合材料和GH99高溫合金及本試驗(yàn)的高熵釬料放入丙酮中，進(jìn)行超聲(超聲頻率是20KHz)清洗lOmin，然后室溫晾干，按照從上到下為ZSC復(fù)合材料/配置高熵釬料箔片/GH99的形式進(jìn)行裝配，并在ZSC復(fù)合材料表面施加2MPa的壓力進(jìn)行固定；將裝配好的工件放入真空加熱爐中，當(dāng)真空度為IX 10_3Pa時(shí)，開(kāi)始以10°C /min的速度加熱到1160°C，保溫60min，然后以10°C /min的速度降溫到400°C，其后隨爐冷卻至室溫，即完成ZSC與GH99的釬焊。本試驗(yàn)的Ni粉純度為99. 9%、Cr粉純度為99. 9%、Co粉純度為99. 9%、Fe粉純度為99. 9%、Cu粉純度為99. 9%和Ti粉純度為99. 9%。經(jīng)測(cè)試，ZSC與GH99的接頭室溫抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到71MPa，800°C高溫強(qiáng)度可達(dá)48MPa。
對(duì)本試驗(yàn)得到的ZSC與GH99的釬焊的接頭進(jìn)行電鏡掃描，結(jié)果如圖I所示，由圖I可知ZSC復(fù)合材料一側(cè)可以形成良好的冶金結(jié)合，釬縫組織主要為性能良好的固溶體組織，可以有效的緩解接頭殘余熱應(yīng)力，Ni與非氧化陶瓷的有害反應(yīng)可以被抑制，最終獲得的釬焊接頭具有良好的組織和力學(xué)性能。試驗(yàn)2本試驗(yàn)的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱取I. 8g的Ni粉、I. 43g的Cr、I. 68g的Co、I. 59g的Fe、I. Olg的Cu、和2. 49g的Ti ;二、將步驟一稱取的各組分，按球料質(zhì)量比為6 1的比例放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速為300r/min的條件下，室溫下間歇性球3h，即得混合粉末；三、將步驟二得到的混合粉末采用壓片機(jī)加壓6t，得到箔片，將箔片用丙酮清洗lOmin，室溫干燥lh，SP得高熵釬料。將ZSC復(fù)合材料和GH99高溫合金待焊表面的油污、氧化物用機(jī)械清理方法清理干凈，將ZSC復(fù)合材料和GH99高溫合金及本試驗(yàn)的高熵釬料放入丙酮中，進(jìn)行超聲(超聲頻率 是20KHz)清洗lOmin，然后室溫晾干，按照從上到下為ZSC復(fù)合材料/配置高熵釬料箔片/GH99的形式進(jìn)行裝配，并在ZSC復(fù)合材料表面施加2MPa的壓力進(jìn)行固定；將裝配好的工件放入真空加熱爐中，當(dāng)真空度為IX 10_3Pa時(shí)，開(kāi)始以10°C /min的速度加熱到1160°C，保溫60min，然后以10°C /min的速度降溫到400°C，其后隨爐冷卻至室溫，即完成ZSC與GH99的釬焊。本試驗(yàn)的Ni粉純度為99. 9%、Cr粉純度為99. 9%、Co粉純度為99. 9%、Fe粉純度為99. 9%、Cu粉純度為99. 9%和Ti粉純度為99. 9%。經(jīng)測(cè)試，ZSC與GH99的接頭室溫抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到63MPa。試驗(yàn)3本試驗(yàn)的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、將步驟一稱取的組分放入石墨坩堝中在溫度為1600°C，真空度為IX 10_2Pa的條件下，熔煉80min，熔煉后采取相同工藝重熔5次，獲得成分均勻的合金錠；三、采用線切割的方式將步驟二得到的合金錠切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并將箔片表面在600#砂紙上打磨至箔片厚度為O. Γ0. 8mm ;四、將20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔與步驟三打磨后的箔片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料。將C/SiC復(fù)合材料和GH99高溫合金待焊表面的油污、氧化物用機(jī)械清理方法清理干凈，將C/SiC復(fù)合材料和GH99高溫合金及本試驗(yàn)的高熵釬料放入丙酮中，進(jìn)行超聲(超聲頻率是20KHz)清洗lOmin，然后室溫晾干，按照從上到下為C/SiC復(fù)合材料/Ti/高熵釬料箔片/GH99的形式進(jìn)行裝配，并在C/SiC復(fù)合材料表面施加2MPa的壓力進(jìn)行固定；將裝配好的工件放入真空加熱爐中，當(dāng)真空度為lX10_3Pa時(shí)，開(kāi)始以10°C /min的速度加熱到1180°C，保溫20min，然后以10°C /min的速度降溫到400°C，其后隨爐冷卻至室溫，即完成C/SiC與GH99的釬焊。本試驗(yàn)的Ni粉純度為99. 9%、Cr粉純度為99. 9%、Co粉純度為99. 9%、Fe粉純度為99. 9%、Cu粉純度為99. 9%和Ti粉純度為99. 9%。經(jīng)測(cè)試，C/SiC與GH99的接頭室溫抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到45MPa。
試驗(yàn)4本試驗(yàn)的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、將步驟一稱取的組分放入石墨坩堝中在溫度為1600°C，真空度為IX 10_2Pa的條件下，熔煉80min，熔煉后采取相同工藝重熔5次，獲得成分均勻的合金錠；三、采用線切割的方式將步驟二得到的合金錠切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并將箔片表面在600#砂紙上打磨至箔片厚度為O. Γ0. 8mm ;四、將20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti 箔與步驟三打磨后的箔片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料。將SiC陶瓷和GH99高溫合金待焊表面的油污、氧化物用機(jī)械清理方法清理干凈，將SiC陶瓷和GH99高溫合金及本試驗(yàn)的高熵釬料放入丙酮中，進(jìn)行超聲(超聲頻率是20KHz)清洗lOmin，然后室溫晾干，按照從上到下為SiC陶瓷/Ti/高熵釬料箔片/GH99的形式進(jìn)行裝配，并在SiC陶瓷表面施加2MPa的壓力進(jìn)行固定；將裝配好的工件放入真空加熱爐中，當(dāng)真空度為lX10_3Pa時(shí)，開(kāi)始以10°C/min的速度加熱到1170°C，保溫30min，然后以10°C /min的速度降溫到400°C，其后隨爐冷卻至室溫，即完成SiC陶瓷與GH99的釬焊。本試驗(yàn)的Ni粉純度為99. 9%、Cr粉純度為99. 9%、Co粉純度為99. 9%、Fe粉純度為99. 9%、Cu粉純度為99. 9%和Ti粉純度為99. 9%。經(jīng)測(cè)試，SiC與GH99的接頭室溫抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到25MPa。試驗(yàn)5本試驗(yàn)的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱取2. 4g的Ni粉、I. 9g的Cr,2. 25g的Co,2. Ig的Fe、I. 35g的Cu、和Og的Ti ;二、將步驟一稱取的組分放入石墨坩堝中在溫度為1600°C，真空度為IX 10_2Pa的條件下，熔煉80min，熔煉后采取相同工藝重熔5次，獲得成分均勻的合金錠；三、采用線切割的方式將步驟二得到的合金錠切割成O. 2^0. 8mm的箔片，并將箔片表面在600#砂紙上打磨至箔片厚度為O. Γ0. 8mm ;四、將20 μ πΓ ΟΟ μ m厚的的Ti箔與步驟三打磨后的箔片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料。將ZSC復(fù)合材料和Nb高溫合金待焊表面的油污、氧化物用機(jī)械清理方法清理干凈，將ZSC復(fù)合材料和Nb高溫合金及本試驗(yàn)的高熵釬料放入丙酮中，進(jìn)行超聲(超聲頻率是20KHz)清洗lOmin，然后室溫晾干，按照從上到下為ZSC復(fù)合材料/Ti/高熵釬料箔片/Nb的形式進(jìn)行裝配，并在ZSC復(fù)合材料表面施加2MPa的壓力進(jìn)行固定；將裝配好的工件放入真空加熱爐中，當(dāng)真空度為lX10_3Pa時(shí)，開(kāi)始以10°C/min的速度加熱到1160°C，保溫60min，然后以10°C /min的速度降溫到400°C，其后隨爐冷卻至室溫，即完成ZSC復(fù)合材料和Nb的釬焊。本試驗(yàn)的Ni粉純度為99. 9%、Cr粉純度為99. 9%、Co粉純度為99. 9%、Fe粉純度為99. 9%、Cu粉純度為99. 9%和Ti粉純度為99. 9%。經(jīng)測(cè)試，ZSC與Nb的接頭室溫抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到33MPa。
權(quán)利要求
1.一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料，其特征在于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料按重量份數(shù)是由18 24份的Ni、14. 3^19份的Cr、16. 8^22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和0 24· 9份的Ti或Τ Η2組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料，其特征在于所述的Ni純度為99. 09Γ99. 9%、Cr純度為99. 0% 99. 9%、Co純度為99. 0% 99. 9%,Fe純度為 99. 0% 99. 9%、Cu 純度為 99. 0% 99. 9% 和 Ti 純度為 99. 0% 99. 9% 或 TiH2 為 99. 0% 99. 9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料，其特征在于所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。
4.如權(quán)利要求I所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為I X KT2Pa的條件下，熔煉l(Tl20min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5^20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的Ni純度為99. 09Γ99. 9%、Cr純度為99. 09Γ99. 9%、Co純度為99. 0% 99. 9%、Fe 純度為 99. 0% 99. 9%、Cu 純度為 99. 0% 99. 9% 和 Ti 純度為 99. 0% 99. 9%或 TiH2 為 99. 0% 99. 9%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于將步驟二替換為將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，12000C 1800°C溫度的條件下，進(jìn)行電弧熔煉10 120min制成合金錠，再進(jìn)行(Γ5次重熔，經(jīng)鑄造后，得到合金錠。
7.如權(quán)利要求I所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、熔煉將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在溫度為1200°C 1800°C，真空度為I X KT2Pa的條件下，熔煉10 120min，再經(jīng)鑄造，得到合金錠；三、制箔將步驟二得到的合金錠采用線切割制得厚度為O. Γ0. 8mm的箔片；四、復(fù)合壓片將20μπι IOOym厚的的Ti箔與步驟三得到的箔片用壓片機(jī)復(fù)合壓片，即得高熵釬料；其中，線切割獲得的箔片正反面需進(jìn)行機(jī)械磨光，磨光后表面粗糙度為12. 5 20 ;步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末或箔片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于將步驟二替換為將步驟一稱取的各組分放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，12000C 1800°C溫度的條件下，進(jìn)行電弧熔煉10 120min制成合金錠，再進(jìn)行(Γ5次重熔，鑄造后，得到合金錠。
9.如權(quán)利要求I所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的一、稱量按重量份數(shù)稱取18 24份的Ni、14. 3 19份的Cr、16. 8 22. 5份的Co、15. 9 21份的Fe、10. Γ13. 5份的Cu和(Γ24. 9份的Ti或TiH2 ;二、將步驟一稱取的各組分，按球料質(zhì)量比為12 16 1的比例放入石墨坩堝中，在氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速為28(T320r/min的條件下，室溫球磨2 3h，即得混合粉末；三、將步驟二得到的混合粉末采用壓片機(jī)加壓6X 108N/m2，得到厚度為O. Of 2mm箔片，將箔片用丙酮在頻率為20KHz的超聲中清洗lOmin，室溫干燥r2h,即得高熵釬料；其中，步驟一中所述的Ni、Cr、Co、Fe、Cu和Ti為金屬粉末。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的Ni純度為99. 09Γ99. 9%、Cr純度為99. 09Γ99. 9%、Co純度為.99. 0% 99. 9%、Fe 純度為 99. 0% 99. 9%、Cu 純度為 99. 0% 99. 9% 和 Ti 純度為 99. 0% 99. 9%或 TiH2 為 99. 0% 99. 9%。
全文摘要
一種釬焊非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料的高熵釬料及其制備方法，它涉及一種高熵釬料及其制備方法，本發(fā)明要解決現(xiàn)有焊接非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料，接頭在500℃以上高溫釬料性能不可靠的問(wèn)題。釬料按重量份數(shù)是由18~24份的Ni、14.3~19份的Cr、16.8~22.5份的Co、15.9~21份的Fe、10.1~13.5份的Cu和0~24.9份的Ti或TiH2組成。制備方法為稱取各組分，然后在1200℃~1800℃，真空熔煉，線切割后制箔或復(fù)合壓片即得；也可以將組分按球料質(zhì)量比為12~16∶1的比例球磨，壓片清洗即得。本發(fā)明獲得合金接頭的強(qiáng)度達(dá)到35~71MPa，且在800℃的高溫強(qiáng)度保留率超過(guò)67%。
文檔編號(hào)B23K35/40GK102689109SQ201210207740
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者亓鈞雷, 馮吉才, 張麗霞, 李宏偉, 田曉羽, 石俊秒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)