镍基中间层合金、其制备方法及应用以及焊接方法技术

本发明专利技术公开了镍基中间层合金、其制备方法及应用以及焊接方法，涉及焊接技术领域。镍基中间层合金的化学成分包括：C 0.05～0.2％、Cr 11.9～13.2％、Co 6.5～7.8％、Mo 0.5～1.7％、W 4.1～5.2％、Al 2.4～3.6％、Ti 4.1～5.3％、Nb 0.1～0.3％、V 0.1～0.5％、Ta 3.0～4.2％、Re 1.5～3.1％、Hf 0.1～0.5％、B 1.1～2.2％以及余量为镍。该焊接方法应用上述镍基中间层合金进行焊接，可以有效解决不等间隙下焊接强度不够的问题，焊后1100℃高温抗拉强度可以达到母材的90％。

Nickel-based interlayer alloy, its preparation method, application and welding method

【技术实现步骤摘要】
镍基中间层合金、其制备方法及应用以及焊接方法
本专利技术涉及焊接
，且特别涉及镍基中间层合金、其制备方法及应用以及焊接方法。
技术介绍
Ni3Al基高温合金作为航空发动机的关键部位材料，工程上急需实现其连接，焊接是实现航空发动机结构部件的制造及修复的优先选择，IC10合金作为国内定向凝固高温合金，具有良好的抗氧化、耐腐蚀性能，高温下定向凝固合组织稳定，可用于航空涡轮导向叶片的制造。TLP扩散连接是一种介于熔焊和钎焊之间的连接技术，其原理是用一种特殊成分、熔化温度稍低的薄层中间层合金作为连接合金，在真空条件下加热，母材与中间层之间形成低熔点液相，液相均匀化扩散后等温凝固，最后形成组织均匀的焊缝接头。随着近年来工业生产的需要，同时现实中装配误差等往往需要实现不等间隙下连接。从不等间隙下钎焊与平行间隙钎焊的比较倩况来看，钎料从小端填入及侧端填入缝隙时，在填缝结束后(钎料自一端刚填至另一端)，缺陷比例比平行间隙钎焊时少一些，但钎料从不等间隙下端填入时，其缺陷比例还超过平行间隙钎焊的缺陷比例，这就对中间层材料的成分及形状提出了要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镍基中间层合金及其制备方法，旨在解决目前IC10高温合金所面临的不等间隙下TLP扩散焊高温强度不够的问题，可以在不等间隙焊接中得到应用。本专利技术的另一目的在于提供一种焊接方法，其采用上述镍基中间层合金，方法简便易行，焊接后1100℃高温下，抗拉强度可以达到母材的90％以上。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出了一种镍基中间层合金，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.05～0.2％、Cr11.9～13.2％、Co6.5～7.8％、Mo0.5～1.7％、W4.1～5.2％、Al2.4～3.6％、Ti4.1～5.3％、Nb0.1～0.3％、V0.1～0.5％、Ta3.0～4.2％、Re1.5～3.1％、Hf0.1～0.5％、B1.1～2.2％以及余量为镍；优选地，其化学成分包括：C0.1～0.15％、Cr12.3～12.8％、Co7～7.5％、Mo1～1.5％、W4.5～5％、Al2.8～3.2％、Ti4.5～5.0％、Nb0.15～0.2％、V0.2～0.4％、Ta3.5～4.0％、Re2～3％、Hf0.3～0.4％、B1.5～2.0％以及余量为镍；更优选地，镍基中间层合金为箔带状。本专利技术还提出一种镍基中间层合金的制备方法，包括如下步骤：将依据上述镍基中间层合金的化学组成配置的原料进行熔炼。本专利技术还提出镍基中间层合金在不等间隙下焊接的应用；优选地，不等间隙焊接采用TLP扩散焊的方式；优选地，待焊接基材为IC10合金。本专利技术还提出一种焊接方法，其应用上述镍基中间层合金进行焊接，其步骤包括：将镍基中间层合金置于相对的两个待焊接材料之间进行焊接。本专利技术实施例提供一种镍基中间层合金及其制备方法的有益效果是：其通过改进中间层合金的化学组成，在近似IC10母材成分元素的基础上添加了降熔元素B、Hf，添加了γ固溶强化元素V，γ′沉淀强化与γ′稳定化元素Nb，同时添加了一定量的Re，以获得更高的抗高温能力和蠕变强度，通过调配各组分的含量使合金的熔点更低，解决目前IC10高温合金所面临的不等间隙下TLP扩散焊强度不够的问题，焊后1100℃高温抗拉强度可以达到母材的90％，可以在不等间隙焊接中得到应用。本专利技术还提供了一种焊接方法，其应用上述镍基中间层合金进行焊接，可以有效解决不等间隙下焊接强度不够的问题，如采用TLP扩散焊，焊后1100℃高温抗拉强度可以达到母材的90％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的IC10高温合金力学对接试验装配图、高温拉伸试样模型示意图；图2为本专利技术实施例提供的IC10用镍基箔带状中间层合金的实物图；图3为本专利技术实施例提供的IC10用镍基箔带状中间层合金不等间隙下TLP扩散焊中间焊缝组织形貌图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的镍基中间层合金、其制备方法及应用以及焊接方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种镍基中间层合金，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.05～0.2％、Cr11.9～13.2％、Co6.5～7.8％、Mo0.5～1.7％、W4.1～5.2％、Al2.4～3.6％、Ti4.1～5.3％、Nb0.1～0.3％、V0.1～0.5％、Ta3.0～4.2％、Re1.5～3.1％、Hf0.1～0.5％、B1.1～2.2％以及余量为镍。需要说明的是，专利技术人在近似IC10母材成分元素的基础上，添加了降熔元素B、Hf(铪)，添加了γ固溶强化元素V(钒)，γ′沉淀强化与γ′稳定化元素Nb(铌)，同时添加了一定量的Re(铼)，以获得更高的抗高温能力和蠕变强度，其具体对应作用如表1所示。通过调控各组分的配比，使基中间层合金的熔点低于母材的固溶温度1270℃，具体为1120.2～1175.8℃。解决目前IC10高温合金所面临的不等间隙下TLP扩散焊强度不够的问题，焊后1100℃高温抗拉强度可以达到母材的90％，可以在不等间隙焊接中得到应用(特别适用于IC10合金的不等间隙焊接，采用TLP扩散焊的方式为宜)。表1各组分在合金中的作用专利技术人对合金的化学组成做了进一步优化，以进一步提高焊接后的高温抗拉强度。其化学成分包括：C0.1～0.15％、Cr12.3～12.8％、Co7～7.5％、Mo1～1.5％、W4.5～5％、Al2.8～3.2％、Ti4.5～5.0％、Nb0.15～0.2％、V0.2～0.4％、Ta3.5～4.0％、Re2～3％、Hf0.3～0.4％、B1.5～2.0％以及余量为镍。更优选地，镍基中间层合金为箔带状，将镍基中间层合金制作为箔带状，在焊接中可以获得更好的焊接效果。专利技术人也同时实践过其他形状，如粉状，焊接后其高温抗拉强度可以达到母材的80％～85％，略低于箔带状。本专利技术实施例还提供一种镍基中间层合金的制备方法，包括如下步骤：将依据上述镍基中间层合金的化学组成配置的原料进行熔炼。具体地，镍基中间层合金的原料可以根据实际情况进行选择，如纯镍片、NiB-2、纯Nb颗粒等合金，在熔炼时可以采用真空熔炼炉熔炼合金，熔炼时为为防止飞溅，充入氩气作为保护气；为保证合金成分均匀，真空熔炼炉装置自带磁感应搅拌系统为宜。优选地，将熔炼后得到的合金块体进行线切割，以形成长条形镍基中间层合金。长条形镍基中间层合金在焊接时能够取得不错的焊接效果，便于批量化生产。具体地，切割方式不限，可以采用线切割的方式作业完成。在一些实施例中，请参照图1，制备方法还包括将长条形镍基中间层合金进行喷砂处理后制成箔带状，箔带状焊料的制备可以采用单辊极冷法，制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基中间层合金，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C 0.05～0.2％、Cr 11.9～13.2％、Co 6.5～7.8％、Mo 0.5～1.7％、W 4.1～5.2％、Al 2.4～3.6％、Ti 4.1～5.3％、Nb 0.1～0.3％、V 0.1～0.5％、Ta 3.0～4.2％、Re 1.5～3.1％、Hf 0.1～0.5％、B 1.1～2.2％以及余量为镍；优选地，其化学成分包括：C 0.1～0.15％、Cr 12.3～12.8％、Co 7～7.5％、Mo 1～1.5％、W 4.5～5％、Al 2.8～3.2％、Ti 4.5～5.0％、Nb 0.15～0.2％、V 0.2～0.4％、Ta 3.5～4.0％、Re 2～3％、Hf 0.3～0.4％、B 1.5～2.0％以及余量为镍；更优选地，所述镍基中间层合金为箔带状。

【技术特征摘要】
1.一种镍基中间层合金，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分包括：C0.05～0.2％、Cr11.9～13.2％、Co6.5～7.8％、Mo0.5～1.7％、W4.1～5.2％、Al2.4～3.6％、Ti4.1～5.3％、Nb0.1～0.3％、V0.1～0.5％、Ta3.0～4.2％、Re1.5～3.1％、Hf0.1～0.5％、B1.1～2.2％以及余量为镍；优选地，其化学成分包括：C0.1～0.15％、Cr12.3～12.8％、Co7～7.5％、Mo1～1.5％、W4.5～5％、Al2.8～3.2％、Ti4.5～5.0％、Nb0.15～0.2％、V0.2～0.4％、Ta3.5～4.0％、Re2～3％、Hf0.3～0.4％、B1.5～2.0％以及余量为镍；更优选地，所述镍基中间层合金为箔带状。2.根据权利要求1所述的镍基中间层合金，其特征在于，所述镍基中间层合金的熔点温度为1120.2～1175.8℃。3.根据权利要求1或2中所述的镍基中间层合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将依据权利要求1中所述镍基中间层合金的化学组成配置的原料进行熔炼。4.根据权利要求3所述的镍基中间层合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将熔炼后得到的合金块体进行线切割，以形成长条形镍基中间层合金。5.根据权利要求4所述的镍基中间层合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将所述长条形镍基中间层合金进行喷砂处理后制成箔带状；优选地，在喷砂处理之后制成箔带状之前，对材料进行清洗；更优选地，对材料清洗的过程包括采用丙酮溶液超声清洗20～40min，然后再采用酒精超声清洗20～40min。6.根据权利要求5所述的镍基中间层合金的制备方法，其特征在于，制成的箔带状焊料的厚度为30～40μm，宽度为12～15mm；优选地，箔带状焊料的制备是采用单辊极冷法。7.权利要求1或2中所述的镍基中间层合金或权利要求3-6中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凤美，李琪，维克多克瓦斯基，乐雄，易耀勇，熊敏，
申请(专利权)人：广东省焊接技术研究所广东省中乌研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44