用于焊接ta系列钛与不锈钢的非晶合金钎料及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成：总的百分比为100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。本发明还公开该种非晶合金钎料箔材的制备方法。本发明的非晶合金钎料熔点在762℃～842℃之间，钎焊温度低于Ti的相变点，钎料柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与被焊金属及合金的匹配性好、钎缝耐腐蚀性能良好，焊缝为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能较高。
【专利说明】用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接材料【技术领域】，涉及一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，本发明还涉及该非晶合金钎料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钛及其合金比强度高，耐蚀性能好，是重要的宇航结构材料和化工材料。但因钛金属价格较高，工程上常用钛-钢(异种金属)合金结构，既可满足使用性能要求，又节约了钛材。制造钛-钢复合结构的关键是解决钛与钢的焊接问题。由于钛与铁间的线膨胀系数、热导率相差均较大，在焊接接头中易形成较大的内应力；焊缝中铁的含量会大大超过其在钛中的溶解度，在焊缝中形成大量的金属间化合物；除此之外，焊缝中的钛还会与铁、铬、镍、碳形成复杂的金属间化合物，使焊缝金属脆化，产生裂纹。
[0003]钎焊是实现钛与钢连接所常用的方法。但是，由于钎缝多出现硬脆金属间化合物相而使接头性能难于保障，而且钎缝耐蚀性也常常满足不了使用要求，尤其是TA系列钛合金在钎焊加热过程中，当温度高于882°C时会发生从α-Ti向β-Ti的相变，钛材的近缝区性能降低。因此，欲获得较高性能的钎接接头，必须降低钎料的熔点，将焊接温度控制在钛的相变温度以下。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，解决了现有技术中，当温度高于882°C时会发生从α-Ti向β-Ti的相变，导致钛材的近缝区性能降低的问题。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种上述的非晶合金钎料的制备方法。
[0006]本发明采用的技术方案是，一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成:总的百分比为100%，其中Ti20%~25%、Cu25%~30%、Ni20%~25%、Fel5%~20%、Crl0%~13%、Sn0.5%~5%、In0.01%~2%、Ga0.01%~2%。
[0007]本发明采用的另一技术方案是，一种上述非晶合金钎料的制备方法，该方法按照以下步骤实施:
[0008]步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金
[0009]Al、按以下原子百分比称量好各种闻纯金属:总的百分比为100%,其中Ti20%~25 %、Cu25 % ~30 %、Ν?20 % ~25 %、Fel5 % ~20 %、CrlO % ~13 %、Sn0.5 % ~5 %、In0.01%~2%、Ga0.01%~2% ;
[0010]A2、将步骤Al净化处理好的各高纯金属按照Cu-Sn、Cu-N1、T1-Fe、Fe-Cr-1n-Ga的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；
[0011]A3、将步骤A2得到的四组中间合金，再按照Cu-Sn与Cu-Ni组合，T1-Fe与Fe-Cr-1n-Ga组合，进行二次熔配，得到两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga ；[0012]A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga进行熔配，得到非晶母合金；
[0013]步骤B、将步骤A4得到的非晶母合金，应用单辊快速凝固装置制备得到非晶合金钎料箔材，即成。
[0014]本发明的有益效果是，该种非晶合金钎料具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且熔点在762°C~842°C之间，钎焊温度低于Ti的相变点，凝固温度区间较小，铺展性和填缝性好，易于获得高性能钎接接头。钎料柔韧性能好，便于加工和装配；具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且熔点较低，铺展性和填缝性好，接头综合力学性能较高。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0016]本发明用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，由以下组分按原子百分比组成:总的百分比为100%，其中Ti20%~25%、Cu25%~30%、Ni20%~25%、Fel5%~20%、Crl0%~13%、Sn0.5%~5%、In0.01%~2%、Ga0.01%~2%。
[0017]在本发明的非晶合金钎料成分中，各组分及含量限定理由是:
[0018]为了提高钛合金/不锈钢接头的综合力学性能，非晶合金钎料主元选择T1-Cu-N1-Cr-Fe五主元系合金。主要原因有三点:①焊接过程中母材向液态钎料层的溶解不可避免，为预防钎缝产生脆性金属间化合物起见，钎料须含有T1、Fe、N1、Cr等诸主元；②为了获得具有单相fee固溶体微结构的高性能钎缝，钎料中须添加Cu作为主要组元；③通过在合金中添加Sn、In和Ga,调节钎料熔点，改善钎料活性,提高钎料铺展性。
[0019]本发明的非晶合金钎料的制备方法，使用单辊快速凝固装置制得，按照以下步骤实施，
[0020]步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金
[0021]Al、按以下原子百分比称量好各种闻纯金属:总的百分比为100%,其中Ti20%~25 %、Cu25 % ~30 %、Ν?20 % ~25 %、Fel5 % ~20 %、CrlO % ~13 %、Sn0.5 % ~5 %、In0.01%~2%、Ga0.01%~2% ;各种高纯金属的纯度均高于99.99% ;再分别用硅油或硼酐将称量好的各高纯金属进行净化处理；
[0022]A2、将步骤Al净化处理好的各高纯金属按照Cu-Sn、Cu-N1、T1-Fe、Fe-Cr-1n_Ga的组合分别进行熔配，得到四组中间合金；
[0023]A3、将步骤A2得到的四组中间合金，再按照Cu-Sn与Cu-Ni组合，T1-Fe与Fe-Cr-1n-Ga组合，进行二次熔配，得到两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga ；
[0024]A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga进行熔配，得到非晶母合金；
[0025]步骤B、将步骤A4得到的非晶母合金，应用单辊快速凝固装置制备得到非晶合金钎料箔材，辊轮线速度控制在5~40m/s，制备的非晶钎料箔材厚度为25~60 μ m,宽约3~7mm,长约1~2m。
[0026]采用上述的制备得到的非晶合金钎料箔材，在焊接钛/不锈钢的试样接头装配时，先将箔材置于待焊TA钛/不锈钢之间，然后按照常规真空钎焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和凝固，实现TA钛/不锈钢的钎焊连接。
[0027]表1为各个本发明四个实施例的含量配比对照表
[0028]
【权利要求】
1.一种用于焊接TA系列钛与不锈钢的非晶合金钎料，其特征在于，由以下组分按原子百分比组成:总的百分比为100%，其中Ti20%?25%、Cu25%?30%、Ni20%?25%、Fel5%?20%、Crl0%?13%、Sn0.5%?5%、In0.01%?2%、Ga0.01%?2%。
2.—种权利要求1所述非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施: 步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金 Al、按以下原子百分比称量好各种高纯金属:总的百分比为100%，其中Ti20%?25%、Cu25%?30%、Ni20%?25%、Fel5%?20%、Crl0%?13%、Sn0.5%?5%、In0.01%?2%, Ga0.01%?2% ； A2、将步骤Al净化处理好的各高纯金属按照Cu-Sn、Cu-Ni, T1-Fe, Fe-Cr-1n-Ga的组合分别进行熔配，得到四组中间合金； A3、将步骤A2得到的四组中间合金，再按照Cu-Sn与Cu-Ni组合，T1-Fe与Fe-Cr-1n-Ga组合，进行二次熔配，得到两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga ； A4、再将步骤A3得到的两组二次中间合金Cu-Sn-Ni与T1-Fe-Cr-1n-Ga进行熔配，得到非晶母合金； 步骤B、将步骤A4得到的非晶母合金，应用单辊快速凝固装置制备得到非晶合金钎料箔材，即成。
3.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，各种高纯金属的纯度均高于99.99%。
4.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，分别用硅油或硼酐将称量好的各高纯金属进行净化处理。
5.根据权利要求2所述的非晶合金钎料的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，辊轮线速度控制在5?40m/s。
【文档编号】B23K35/30GK103737197SQ201310489139
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】翟秋亚, 崔洁, 徐锦锋 申请人:西安理工大学