本发明专利技术涉及一种钛基钎料及用其制备纯钛多层结构的方法，该技术属于焊接技术领域，采用低熔点、高韧性的多元非晶钛基箔状钎料，在短时保温条件下，接头化合物数量减少、接头晶粒细化，改善了接头冶金组织的均匀性；使用该钎料和特殊装配方法所获得的多层结构具有高焊合率、高强度的特点；适用于纯钛及钛合金的蜂窝夹层结构、波纹夹层结构、翅片式结构等。钎料的使用范围广、工艺窗口宽、多层结构的组装方法简便。方法简便。方法简便。
【技术实现步骤摘要】
一种钛基钎料及用其制备纯钛多层结构的方法
[0001]本专利技术涉及一种钛基钎料及使用其钎焊多层结构的方法，该技术属于焊接
技术介绍
[0002]钛材料已成为航空航天领域的重要材料，钛材料的夹层结构能够进一步发挥材料和结构优势，如钛材料的蜂窝夹层结构飞机壁板、列管式或翅片式结构的散热器，等等。与常规铝合金或复合材料的蜂窝夹层结构相比，钛的夹层结构的耐蚀性、耐温能力及结构强度均得到显著改善。这类结构一般采用精密钎焊技术，即基体材料不发生熔化和相变，仅连接部位所用钎料合金发生熔化，依靠毛细作用和元素扩散形成牢靠的冶金结合界面。
[0003]资料显示，含纯钛的夹层结构是列管式和翅片式散热器，采用的是纯钛
‑
钛合金或纯钛
‑
不锈钢异种材料组合。现有技术存在如下问题，1)钎焊接头强度低、韧性差。常规时采用Ag
‑
Cu钎料，其熔点低、可以在低于纯钛相变温度885℃下实施钎焊，但界面析出大量TiCu和Ti2Cu化合物，随着保温时间自5～20min延长，Ti2Cu化合物成树枝状生长，导致结构强度进一步恶化、接头脆性失效。此外，Ag元素在钎料中含量较多(20％以上)、接头耐蚀性较差。若采用Ti基钎料，这类钎料与常规钛合金的冶金相容性较好，但其熔点高不能满足纯钛的钎焊要求，导致纯钛发生相变、晶粒粗化。其次，这类钎料不易成形为箔带，同时钎料合金元素的扩散能力不佳，薄壁钎角处钎料堆积引起薄壁溶蚀。2)薄壁夹层结构的变形控制和钎焊条件难以协调。对于薄壁(单元壁厚度0.05
‑
0.10mm)、多单元、单元排列形式复杂的夹层结构，采用传统方法将钎料仅添置于上下蒙皮时，须采用工装施压方法对夹层和蒙皮间钎焊间隙进行严控，方可达到钎焊条件即产生毛细作用、使熔态钎料合金渗入到间隙，将夹层结构焊接成一个完整体。然而，纯钛韧性非常优异，导致纯钛薄壁变形，在工装施压情况下合理控制结构型面精度的难度较大。3)大高度情况下夹层结构件更容易失稳，同时钎料用量不易控制；用量多会导致结构的薄壁部位发生溶蚀，在交变载荷下界面易发生开裂；而用量过少会导致结构焊着率不足，不能达到产品交付的质量要求。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是：提出一种钛基钎料以及用其制备纯钛多层结构的方法，适用于纯钛及纯钛与钛合金组合夹层结构的TiZrCuNiAgSn钎料和相应钎焊工艺，以及箔带钎料的装配方法，解决以上技术问题。
[0005]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一方面，本专利技术提供一种钛基钎料，所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～13.0；Cu：10.0～13.0；Zr：10.0～14.0；Ag：1.0～5.0；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。
[0007]进一步地，所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～11.0；Cu：10.0～11.0；Zr：11.0～13.0；Ag：2.2～4.2；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。
[0008]所述钛基钎料制备方法如下：首先在惰性气体保护条件下将此合金原料熔炼成合
金锭；然后采用单辊急冷制带方法制备箔带钎料；
[0009](A)备料：钎料合金锭加工成块状，置于底部开有缝隙式喷嘴的石英坩埚中，喷嘴距离激冷辊约1～2
㎜
；
[0010](B)调试：进行“抽真空
‑
充氩气”反复操作至炉体内真空度达到1.0
×
10
‑
2Pa，而后充氩气至炉体内压力达到0.8个大气压；再通过感应线圈加热石英坩埚将合金锭熔化为熔体，同时调整激冷辊的转速至1800转/分钟；
[0011](C)甩带：目视观察合金锭完全熔化保持10秒钟，利用氩气产生的气压将熔体迅速喷出并附着在激冷辊上，并急冷凝固且沿轮辊切线方向离心甩出，得到钎料箔带；钎料厚度为25
‑
60μm，宽度为18
‑
25mm。
[0012]另一方面，本专利技术提供利用所述钛基钎料制备纯钛多层结构的方法，所述多层结构由数个单层顺次排列并钎焊而成；排列方式为：相邻层间是相同方向或相互垂直交替。
[0013]每个单层的结构为上下薄板和中间夹芯；薄板材料为钛合金，夹芯材料为纯钛或者钛合金；夹芯结构形式可以为蜂窝、翅片等；待连接各组件的位置关系为，组件沿着垂直方向对中、自上而下依次为上薄板、夹芯、下薄板。
[0014]制备所述纯钛多层结构的方法为：
[0015]将钎料箔带定位且铺满夹芯内部；夹芯内部的波纹带与波纹带的贴合间隙不大于0.1mm；电阻点焊的焊点呈Z字形分布，焊点之间垂直距离为2.0
‑
3.0mm、水平间距为5.0
‑
6.0mm；当钎料箔厚度为30
‑
40μm时其用量为双层；当钎料箔厚度大于40μm且不足60μm时其用量为单层；钎料箔带之间搭接、搭接宽度为钎料厚度的1/10
‑
1/8。
[0016]所述钎料箔带定位采用电阻点焊或激光点焊的方法。
[0017]所述制备方法中钎焊工艺为：50℃/min升温到300℃
→
25℃/min升温到450℃
→
30℃/min升温到500℃
→
44℃/min升温到T、保温10
‑
25min
→
随炉冷却至室温，在真空度满足1
×
10
‑3Pa条件；当待焊接材料包含纯钛时，T＝860
‑
875℃；当待焊接材料为钛合金时，T＝900
‑
950℃。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1)提出一种箔带成型性良好、低熔点并易扩散的多元非晶钛基钎料及相应低温短时保温工艺，确保焊后纯钛箔的显微组织得到维持及基本性能不会衰减；
[0020]2)针对多层结构优化出钎料厚度用量，能够避免溶蚀并满足结构焊着率要求；
[0021]3)提出了与单元结构高度成一定比例关系的、块状且中空布局的焊接工装，避免薄壁单元变形并满足钎焊条件要求，因此本专利技术拓宽了纯钛材料多层结构的制造工艺窗口、降低了结构制造技术难度。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施的技术方案，下面将对本专利技术的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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。
[0023]图1为多层结构和结构单元及钎料位置示意图；
[0024]图2为钎料箔带定位示意图；
[0025]图3为焊接工装示意图；
[0026]其中，1
‑
上薄板、钎料箔带、3
‑
单元、4
‑
下薄板。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钛基钎料，其特征在于：所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～13.0；Cu：10.0～13.0；Zr：10.0～14.0；Ag：1.0～5.0；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。2.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于：所述钛基钎料的成份及重量百分比为：Ni：10.0～11.0；Cu：10.0～11.0；Zr：11.0～13.0；Ag：2.2～4.2；Sn：0.01～0.1；余量为Ti。3.根据权利要求1所述的钛基钎料，其特征在于：所述钛基钎料制备方法如下：首先在惰性气体保护条件下将此合金原料熔炼成合金锭；然后采用单辊急冷制带方法制备箔带钎料；(A)备料：钎料合金锭加工成块状，置于底部开有缝隙式喷嘴的石英坩埚中，喷嘴距离激冷辊约1～2mm；(B)调试：进行“抽真空
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充氩气”反复操作至炉体内真空度达到1.0
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‑2Pa，而后充氩气至炉体内压力达到0.8个大气压；再通过感应线圈加热石英坩埚将合金锭熔化为熔体，同时调整激冷辊的转速至1800转/分钟；(C)甩带：急冷凝固且沿轮辊切线方向离心甩出得到钎料箔带；钎料厚度为25
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60μm，宽度为18
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25mm。4.利用权利要求1所述钛基钎料制备的纯钛多层结构，其特征在于：所述多层结构由数个单层顺次排列并钎焊而成；每个单层的结构为上下薄板和中间夹芯；薄板材料为钛合金，夹芯材料为纯钛或者钛合金；夹芯结构形式为蜂窝、翅片；待连接各组件的...
【专利技术属性】
技术研发人员：静永娟，任新宇，李思思，尚泳来，程耀永，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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