一种钛基钎料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钛基钎料技术领域，具体而言，涉及一种钛基钎料及其制备方法和应用。一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、Ti 32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；所述功能金属包括Sn或V。通过在Zr、Cu、Ni、Ti中加入Sn或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。本发明专利技术所述的钛基钎料的制备方法采用特定的真空熔炼，得到合金铸锭，再采用等离子旋转电极雾化制粉法，工艺简单，生产成本低，适合大规模生产，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种钛基钎料及其制备方法和应用
本专利技术涉及钛基钎料
，具体而言，涉及一种钛基钎料及其制备方法和应用。
技术介绍
伴随钛合金在航空、航天、造船、武器或其他民用领域的广泛应用，钎焊作为一项精密焊接技术在涉及钛合金复杂件和精密件、陶瓷/石墨与钛合金功能件、钛与钢异种金属结构件、TiAl基合金/钛基复合材料等连接领域优势突出，甚至为某些新材料仅有可行的连接技术。现代钎焊技术发展要求接头和基体性能水平相一致，而钛基钎料凭借焊接强度高和耐蚀、耐热性好等突出优势成为涉及钛基材料钎焊的首选钎料。目前国内外钛基钎料成分涉及Ti-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu，Ti-Zr-Ni，Ti-Zr-Be，Ti-Zr-Cu-Ni，Ti-Cu-Ni-Be，Ti-Zr-Cu-Ni，Ti-Zr-Cu-Ni-Co，Ti-Zr-Cu-Ni-Fe等多元合金体系。钛基钎料多以粉末(膏状)、叠层和非晶箔带三种形态使用，其中粉末便于自动点胶和丝网印刷，仍为各行业应用主流形态；在无成熟真空或惰性气体保护设备下，发展了叠层状钎料；伴随急冷快淬技术发展，非晶箔带制备取得成功，但当前仍受材料成分和尺寸限制。目前市场上商用钛基钎料无法满足钛基材料高质量真空钎焊要求，通常接头呈现焊缝泄露、晶间熔蚀、钎料团聚等缺陷。究其原因：1)钎料对气体、夹杂物含量要求不明确，致钎焊质量不稳定；2)钎焊过程中Cu、Ni元素加速扩散与基体反应，基体发生晶间熔蚀并形成脆性扩散层，致接头安全隐患大；3)钎料润湿性、钎着率不理想，焊缝周边形成残留物，超标多余物致构件功能失效。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种钛基钎料，通过在Zr、Cu、Ni、Ti中加入Sn或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。本专利技术的另一个目的在于提供如上所述的钛基钎料的制备方法，生产成本低、制备方法简单，并且适合大规模生产，满足不同材料和构件的钎焊要求，可扩大钎料在高温合金领域用途，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的钛基钎料在钛合金、难熔金属及其合金、高温合金、不锈钢及陶瓷材料的钎焊及扩散焊接中的应用，可进一步提高焊接质量。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种钛基钎料，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr35％～37.5％、Cu12.5％～15％、Ni7.5％～10％、Ti32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；所述功能金属包括Sn或V。优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr35％～37.5％、Cu12.5％～15％、Ni7.5％～10％、V0.01％～1.5％和Ti36.05～44.99％。优选地，主要由如下质量百分比的组分组成：Zr37％～37.5％、Cu14.25％～14.5％、Ni9.25％～9.5％、Sn3％～5％和Ti34.25％～35.75％。优选地，所述钛基钎料的粒度为d50≤100μm，球形度≥90％，氧增量≤200ppm。所述的钛基钎料的制备方法，包括以下步骤：将按照所述钛基钎料的配比的原料进行真空熔炼，制备得到合金铸锭，再采用等离子旋转电极雾化制粉法，制备得到钛基钎料；所述钛基钎料的原料包括海绵钛、海绵锆、电解铜、电解镍和所述功能金属。优选地，所述真空熔炼在中频真空感应加热炉中进行；优选地，所述中频真空感应加热炉的功率为5～15KW；优选地，所述钛基钎料的原料升温至液相线以上40～70℃，保温5～20s，再冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，至原料熔化液面不沸腾后10～15min，倒入石墨模具，2～3h后出炉；优选地，将出炉后的铸锭重新冶炼至少2次以上，再进行浇注制备合金铸锭。优选地，所述钛基钎料的原料于氧化钙坩埚中进行真空熔炼；优选地，所述氧化钙坩埚的内表面设置有氧化钇涂层；优选地，所述氧化钇涂层主要由氧化钇粉、钇溶胶和水制备得到；优选地，所述氧化钇粉、钇溶胶和水的质量比为1:(1.2～1.4)：(0.5～0.7)；优选地，在所述真空熔炼之前对所述钛基钎料的原料进行预处理；优选地，所述预处理包括：将所述原料于丙酮溶液中进行超声波清洗。优选地，所述真空熔炼之前还包括对中频真空感应加热炉进行洗炉；优选地，所述洗炉包括：对所述中频真空感应加热炉抽真空至10～50Pa，再充入氩气至0.04～0.05MPa进行洗炉；优选地，所述抽真空和所述充入氩气进行洗炉的次数为至少2次；优选地，所述洗炉之后，对中频真空感应加热炉抽真空至0.1Pa以下，充入氩气至0.08MPa，再进入熔炼过程。优选地，所述等离子旋转电极雾化制粉法包括：将所述合金铸锭制备成电极棒，再进行熔炼制粉；优选地，所述电极棒参数包括：尺寸为Φ65×300mm，圆跳动≤0.05mm，直线度≤0.08mm，粗糙度≤0.80μm；优选地，所述熔炼制粉包括充入惰性气体；优选地，所述惰性气体包括Ar和/或He；优选地，所述Ar和所述的He的体积比为(2～3)：(7～8)；优选地，工作压力为0.10～0.15MPa；优选地，等离子弧电流为1.0～1.2KA，电压为40～60V；优选地，合金电极棒转速为10000～20000r/min。所述的钛基钎料在钎焊及扩散焊接中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的钛基钎料，通过在Zr、Cu、Ni、Ti中加入适量的Sn或V，各组分的协调配合作用，得到的钛基钎料具有低熔蚀，高强韧的特点。(2)本专利技术的钛基钎料的制备方法，生产成本低、制备方法简单，并且适合大规模生产，满足不同材料和构件的钎焊要求，可扩大钎料在高温合金领域用途，对促进钛合金、钛铝合金等高温合金的使用范围具有重要意义。(3)本专利技术所述的钛基钎料特别适用于钛合金、难熔金属及其合金、高温合金、不锈钢及陶瓷材料的钎焊及扩散焊接中，可进一步提高焊接质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。图1为本专利技术实施例4中钛基钎料的钎焊界面行为情况；图2为本专利技术实施例8中钛基钎料在950℃时的钎焊界面行为情况；图3为本专利技术实施例8中钛基钎料在930℃时的钎焊界面行为情况；图4为对比例1中钛基钎料的钎焊界面行为情况；图5为对比例2中钛基钎料的钎焊界面行为情况；图6为对比例1和对比例2的钛基钎料铸锭的组织特征图；图7为本专利技术实施例1～8的钛基钎料铸锭的组织特征图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：/nZr 35％～37.5％、Cu 12.5％～15％、Ni 7.5％～10％、Ti 32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；/n所述功能金属包括Sn或V。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：
Zr35％～37.5％、Cu12.5％～15％、Ni7.5％～10％、Ti32.55％～44.99％和功能金属0.01％～5％；
所述功能金属包括Sn或V。


2.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：
Zr35％～37.5％、Cu12.5％～15％、Ni7.5％～10％、V0.01％～1.5％和Ti36.05～44.99％。


3.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于，主要由如下质量百分比的组分组成：
Zr37％～37.5％、Cu14.25％～14.5％、Ni9.25％～9.5％、Sn3％～5％和Ti34.25％～35.75％。


4.根据权利要求1～3任一项所述的钛基钎料，其特征在于，所述钛基钎料的粒度为d50≤100μm，球形度≥90％，氧增量≤200ppm。


5.如权利要求1～4中任一项所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将按照所述钛基钎料的配比的原料进行真空熔炼，制备得到合金铸锭，再采用等离子旋转电极雾化制粉法，制备得到钛基钎料；
所述钛基钎料的原料包括海绵钛、海绵锆、电解铜、电解镍和所述功能金属。


6.根据权利要求5所述的钛基钎料的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼在中频真空感应加热炉中进行；
优选地，所述中频真空感应加热炉的功率为5～15KW；
优选地，所述钛基钎料的原料升温至液相线以上40～70℃，保温5～20s，再冷却至液相线以下30～50℃，保温3～5min，至原料熔化液面不沸腾后10～15min，倒入石墨模具，2～3h后出炉；
优选地，将出炉后的铸锭重新冶炼至少2次以上，再进行浇注制备合金铸锭。

【专利技术属性】
技术研发人员：龙伟民，刘全明，钟素娟，马佳，潘建军，纠永涛，于新泉，于奇，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41