一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺，包括如下步骤：(1)将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理；(2)在处理后的钼铜合金和镍基高温合金之间夹放中间层合金，形成钎焊结构，固定压紧，置于扩散钎焊炉的真空室中；(3)先升温至600～650℃，保温10～20min；再升温至1000～1050℃，保温10～20min，同时施加0.02～0.05MPa的焊接压力；升温至1100～1180℃，保温4～6h；(4)焊后冷却。与常规的真空钎焊相比，本发明专利技术采用真空扩散钎焊工艺焊接钼铜合金和镍基高温合金，通过施加焊接压力和延长保温时间的方法加速了中间层合金元素向母材中的继续扩散和母材的溶解，促使接头区成分的均匀化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺。
技术介绍
钼铜合金是一种新型的高温结构材料，既具有钼的高熔点、高强度、低线膨胀系数等特性，又具备铜的高延展性、高导热导电性等一系列优点。因此，钼铜合金已被广泛应用于航空航天、电子、冶金、核工业等诸多领域。然而钼铜合金在应用的过程中不可避免地会遇到与高温合金的连接问题，所以开发出钼铜合金与高温合金的高效连接技术，特别是针对高温复杂结构以及需大面积部件的连接显得尤为迫切。常温下钼铜合金较稳定，520℃以上开始缓慢氧化且随温度的升高其吸收氧的能力显著上升，因此钼铜合金的焊接大多在真空中或采取惰性气体保护下进行。钼铜合金与镍基高温合金属于异种材料，其物理化学性能差异较大，尤其是热导率及线膨胀系数相差显著，容易产生焊接裂纹，大大增加了这两种合金的焊接难度。目前，涉及钼铜合金与镍基高温合金的连接方法主要有填丝钨极氩弧焊。但这种焊接方法的问题是焊后钼铜合金与高温合金表面氧化严重，影响焊接结构件的表面质量。真空扩散钎焊是一种在真空环境下借助中间层材料熔化产生液相与母材之间的冶金反应，以及在压力条件下原子相互扩散的共同作用下来实现连接的工艺方法，现有技术中还未有关于采用真空扩散钎焊来实现钼铜合金与镍基高温合金连接的报道。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的提供一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺。整个焊接过程在真空钎焊设备中进行，可以避免焊接结构件的表面氧化，并且无需使用钎剂，是一种绿色环保的连接方法，能够实现钼铜合金与镍基高温合金的无氧化高质量连接。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺，包括如下步骤：(1)将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理；(2)在处理后的钼铜合金和镍基高温合金之间夹放中间层合金，形成钎焊结构，固定压紧，置于扩散钎焊炉的真空室中；(3)待真空室的真空度达至10-3～5×10-3Pa时，开始加热进行焊接，先升温至600～650℃，保温10～20min；再升温至1000～1050℃，保温10～20min，同时施加0.02～0.05MPa的焊接压力；升温至1100～1180℃，保温4～6h；(4)焊后冷却，取出焊接试样，完成真空扩散钎焊。上述方法，步骤(1)中，所述将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理的步骤为：将待焊部位用1500#金相砂纸打磨，去除表面氧化膜，直至露出金属光泽，然后用100％酒精溶剂(即无水乙醇)清洗，并干燥。上述方法，步骤(1)中，所述钼铜合金优选为Mo50-Cu50；镍基高温合金优选为GH4169合金。上述方法，步骤(2)中，所述中间层合金是箔片状镍基非晶合金，厚度为30～50μm。上述方法，步骤(2)中，所述中间层合金的化学成分为：以质量分数计，Cr 11.5％，B2.8～3.5％，Co 17.5～20％，Mo 8.5％，C≤0.02％，Ni余量。上述方法，步骤(2)中，所述钎焊结构是由钼铜合金/中间层合金/镍基高温合金按上、中、下组成的“三明治”结构。上述方法，步骤(2)中，采用焊接卡具进行固定压紧，并在焊接卡具与钼铜合金和镍基高温合金的接触面上预置云母片，以防止焊接卡具与被焊母材的粘合。上述方法，步骤(3)中，以15℃/min的升温速度升温至600～650℃，再以10℃/min的升温速度升温至1000～1050℃，最后以5℃/min的升温速度升温至1100～1180℃。上述方法，步骤(4)中，焊后冷却方法是真空室通过水循环进行冷却，待真空室冷却至150℃时，停止水循环冷却，真空室自然冷却4～6h后，取出焊件。本专利技术的真空扩散钎焊的工作原理在于：在高真空条件下，将钼铜合金与镍基高温合金两个平整光洁的焊接表面加热到一定的温度，通过中间层合金对两侧母材的润湿及Ni、B等元素的相互扩散，在温度和压力的共同作用下，钼铜合金与镍基高温合金接触表面发生微观塑性流变后相互紧密接触，利用焊件接触表面的电子，原子或分子互相扩散转移，经一段时间保温，使焊接区的成分、组织均匀化，达到钼铜合金与镍基高温合金的完全焊接过程。本专利技术采用镍基非晶合金作为中间层，其目的在于扩散钎焊时，镍基非晶合金首先熔化润湿钼铜合金和镍基高温合金母材，在焊件的配合面之间形成一薄层液体；当焊件在连接温度下保温时，并且在焊接压力的作用下，非晶中间层与母材之间的元素扩散迅速进行，使界面区域成分发生变化，在连接温度下形成高强结合。经过长时间保温后，接头的组织与母材在成分和结构上趋于均匀化。本专利技术采用的在扩散钎焊升温过程中设置多个保温平台，主要是为促进中间层合金与母材之间元素的充分扩散，加强接头的结合强度。本专利技术对保温平台的设置个数和设置温度进行了优化，结果发现，本专利技术通过设置3个保温平台，温度分别为600～650℃、1000～1050℃和1100～1180℃，可以更好的促进中间层合金与母材元素之间的充分扩散，并且提高了接头的结合强度。本专利技术采用的镍基非晶合金中间层含有Co、B元素，这两种元素添加的主要目的是降低中间层的熔点，同时避免常规镍基中间层含Si元素容易形成脆性化合物的影响。Co、B元素在扩散钎焊过程中，一方面大大降低了中间层合金的熔点；另一方面，B元素具有较强的扩散能力，能够迅速充分向两侧母材扩散，避免形成脆性化合物。使得焊后钼铜合金和镍基高温合金钎缝中全部为固溶体组织，无共晶组织和脆性化合物产生。此外，Co、Mo元素的添加还能大大提高钼铜合金和镍基高温合金接头的高温强度。本专利技术采用的镍基非晶合金中间层含有Cr元素的主要作用是提高钼铜合金母材一侧的致密度。本专利技术的有益效果：与常规的真空钎焊相比，本专利技术采用真空扩散钎焊工艺焊接钼铜合金和镍基高温合金，通过施加焊接压力和延长保温时间的方法加速了中间层合金元素向母材中的继续扩散和母材的溶解，促使接头区成分的均匀化。综上所述，本专利技术方法能很好的避免钼铜合金的氧化，母材变形小、接头成分均匀、绿色环保，有效地提高焊接接头的抗剪切强度，达230～260MPa，适用于高温构件的连接。附图说明图1：本专利技术中钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺温度曲线图；图2：焊接温度1180℃，加载压力0.02MPa，中间层合金厚度50μm，保温时间4h条件下获得的钼铜合金与镍基高温合金真空扩散钎焊接头微观组织图。具体实施方式结合实施例对本专利技术作进一步的说明，应该说明的是，下述实施例说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例1：钼铜合金板与GH4169镍基高温合金接头的真空扩散钎焊，钼铜合金板的尺寸均为30mm×10mm×2mm，GH4169镍基高温合金的尺寸为40mm×10mm×2mm。第一步，用1500#金相砂纸打磨钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊表面，直至露出金属光泽，然后用100％酒精溶剂(即无水乙醇)清洗，并干燥。第二步，在钼铜合金与镍基高温合金之间夹放厚度为30μm的箔片状镍基非晶中间层合金，组合成钼铜合金/中间层/镍基高温合金的上、中、下“三明治”钎焊结构，然后用焊接卡具固定压紧，并置于扩散钎焊炉的真空室中；镍基非晶中间层合金的化学成分为Cr 11.5％，B 3.5％，Co 17.5％，Mo 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理；(2)在处理后的钼铜合金和镍基高温合金之间夹放中间层合金，形成钎焊结构，固定压紧，置于扩散钎焊炉的真空室中；(3)待真空室的真空度达至10‑3～5×10‑3Pa时，开始加热进行焊接，先升温至600～650℃，保温10～20min；再升温至1000～1050℃，保温10～20min，同时施加0.02～0.05MPa的焊接压力；升温至1100～1180℃，保温4～6h；(4)焊后冷却，取出焊接试样，完成真空扩散钎焊。

【技术特征摘要】
1.一种钼铜合金与镍基高温合金的真空扩散钎焊工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理；(2)在处理后的钼铜合金和镍基高温合金之间夹放中间层合金，形成钎焊结构，固定压紧，置于扩散钎焊炉的真空室中；(3)待真空室的真空度达至10-3～5×10-3Pa时，开始加热进行焊接，先升温至600～650℃，保温10～20min；再升温至1000～1050℃，保温10～20min，同时施加0.02～0.05MPa的焊接压力；升温至1100～1180℃，保温4～6h；(4)焊后冷却，取出焊接试样，完成真空扩散钎焊。2.如权利要求1所述的真空扩散钎焊工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述将钼铜合金和镍基高温合金母材的待焊部位进行处理的步骤为：将待焊部位用1500#金相砂纸打磨，去除表面氧化膜，直至露出金属光泽，然后用100％酒精溶剂中清洗，并干燥。3.如权利要求1所述的真空扩散钎焊工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述钼铜合金为Mo50-Cu50；镍基高温合金为GH4169合金。4.如权利要求1所述的真空扩散钎焊工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，李亚江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37