權(quán)利要求

1.鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，其特征在于，包括鈦基非晶釬料芯層及復(fù)合在鈦基非晶釬料芯層兩側(cè)面上的降熔粘合層；所述降熔粘合層上復(fù)合有阻隔層；所述降熔粘合層的成分為In52Sn48；所述阻隔層的成分為Nb、Mo、Ta中的一種或任意組合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，其特征在于，所述鈦基非晶釬料芯層由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 32～38份、Zr 32～38份、Cu 12～18份、Ni 12～18份。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，其特征在于，所述降熔粘合層的厚度為6～10μm。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，其特征在于，所述阻隔層的厚度為5～8μm。 5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，其特征在于，所述鈦基非晶釬料芯層的厚度為25～30μm。 

6.一種如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：按順序在鈦基非晶釬料芯層的兩側(cè)面上疊置降熔粘合層、阻隔層，然后加熱加壓復(fù)合。 

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，其特征在于，所述疊置包括以下步驟：鈦基非晶釬料芯層在In52Sn48熔液中進(jìn)行熱浸鍍，在所述鈦基非晶釬料芯層的兩側(cè)面上形成降熔粘合層；在阻隔層與鈦基非晶釬料芯層復(fù)合的一面涂覆In52Sn48熔液，形成一側(cè)帶有降熔粘合層的阻隔層，然后與帶有降熔粘合層的所述鈦基非晶釬料芯層疊放。 

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，其特征在于，所述熱浸鍍是將鈦基非晶釬料芯層通過In52Sn48熔液，鈦基非晶釬料芯層通過In52Sn48熔液的速度為30～50mm/s；形成在鈦基非晶釬料芯層兩側(cè)面的所述降熔粘合層的厚度為3～5μm；形成在阻隔層與鈦基非晶釬料芯層復(fù)合的一面上的所述降熔粘合層的厚度為3～5μm。 

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，其特征在于，所述加熱的溫度為110～120℃，加壓的壓力為0.3～3MPa。 

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，其特征在于，所述阻隔層的制備方法包括以下步驟：取Nb、Mo、Ta中的一種或任意組合的金屬進(jìn)行熔煉、擠壓軋制成型。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有重量輕、強(qiáng)度高、高溫性能和低溫性能良好、耐腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、造船、冶金、化工和石油等工業(yè)領(lǐng)域。

為了獲得強(qiáng)度高、耐蝕性和耐熱性好的釬焊接頭，目前常用Ti-Zr基釬料作為鈦合金的釬焊材料。但是，由于Ti-Zr基釬料的熔點(diǎn)較高，因此，常用Ni、Cu作為的Ti-Zr基釬料中的降熔元素。而Ni、Cu元素與鈦合金母材中的Ti具有強(qiáng)烈的化合作用，極易生成大量脆性化合物，導(dǎo)致鈦合金接頭較脆。

另外，盡管現(xiàn)有技術(shù)中的Ti-Zr基釬料加了降熔元素Cu和Ni，如Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni釬料(805～815℃)，但其熔化溫度仍較高，在釬焊鈦合金時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間加熱還容易導(dǎo)致鈦合金母材晶粒粗化，影響接頭性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，能夠改善接頭的脆性，同時(shí)降低釬焊溫度。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種上述鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔，包括鈦基非晶釬料芯層及復(fù)合在鈦基非晶釬料芯層兩側(cè)面上的降熔粘合層；所述降熔粘合層上復(fù)合有阻隔層；所述降熔粘合層的成分為In52Sn48；所述阻隔層的成分為Nb、Mo、Ta中的一種或任意組合。

本發(fā)明的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔含有阻隔層，Nb、Mo、Ta元素具有熔點(diǎn)高、原子激活能好、與Ti無限互溶的優(yōu)點(diǎn)，可與Ti形成固溶體，在與Ti合金復(fù)合時(shí)，能夠有效阻隔Ti與釬料層中Cu、Ni元素發(fā)生劇烈化合反應(yīng)形成脆性相，從而提高接頭韌性。

本發(fā)明的釬料箔將熔點(diǎn)為118℃的In52Sn48作為降熔粘合層，流動(dòng)性和潤(rùn)濕性較好，因此具有較好的熱浸鍍特性，能夠?qū)⑩F料箔和阻隔金屬進(jìn)行冶金復(fù)合，而且In、Sn均為低熔元素，與Ti、Cu、Ni都能發(fā)生化合反應(yīng)，在釬焊過程中可擴(kuò)散進(jìn)入釬縫，降低釬焊溫度，進(jìn)而提升接頭性能；另外，錫能固定鈦元素，避免鈦與其他元素形成脆性相。

進(jìn)一步地，所述鈦基非晶釬料芯層由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 32～38份、Zr32～38份、Cu 12～18份、Ni 12～18份。

進(jìn)一步地，所述鈦基非晶釬料芯層采用包括以下步驟的方法制得：將組成釬料的各組分熔煉、甩帶。更進(jìn)一步地，所述熔煉在非自耗真空熔煉爐中進(jìn)行。所述甩帶在真空熔融甩帶機(jī)中進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述降熔粘合層的厚度為6～10μm。

進(jìn)一步地，所述阻隔層的厚度為5～8μm。

進(jìn)一步地，所述鈦基非晶釬料芯層的厚度為25～30μm?？刂柒伝蔷рF料芯層、阻隔層、降熔粘合層的厚度是為了調(diào)控三層之間的質(zhì)量比，使原位結(jié)合的釬料的成分在合適范圍內(nèi)。

本發(fā)明的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法采用的技術(shù)方案為：

一種鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，包括以下步驟：按順序在鈦基非晶釬料芯層的兩側(cè)面上疊置降熔粘合層、阻隔層，然后加熱加壓復(fù)合。

本發(fā)明的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，利用降熔粘合層將阻隔層復(fù)合在鈦基非晶釬料芯層上，阻隔層能夠避免釬焊時(shí)釬料中的銅、鎳元素與鈦合金生成脆性相，進(jìn)而避免接頭性能的下降；并且本發(fā)明的制備方法過程簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

進(jìn)一步地，所述疊置包括以下步驟：鈦基非晶釬料芯層在In52Sn48熔液中進(jìn)行熱浸鍍，在所述鈦基非晶釬料芯層的兩側(cè)面上形成降熔粘合層；在阻隔層與鈦基非晶釬料芯層復(fù)合的一面涂覆In52Sn48熔液，形成一側(cè)帶有降熔粘合層的阻隔層，然后與帶有降熔粘合層的所述鈦基非晶釬料芯層疊放。更進(jìn)一步地，所述涂覆為刷涂。疊放時(shí)，阻隔層上帶有降熔粘合層的一側(cè)，與兩側(cè)均有降熔粘合層的鈦基非晶釬料芯層相貼合。

進(jìn)一步地，在將In52Sn48熔液熱浸鍍?cè)阝伝蔷рF料芯層的兩側(cè)面前，加熱鈦基非晶釬料芯層。更進(jìn)一步地，加熱鈦基非晶釬料芯層至110～120℃。

進(jìn)一步地，在阻隔層與鈦基非晶釬料芯層復(fù)合的一面涂覆In52Sn48熔液前，加熱阻隔層。更進(jìn)一步地，加熱阻隔層至110～120℃。

進(jìn)一步地，為了使In52Sn48熔液均勻涂覆在鈦基非晶釬料的兩側(cè)面，所述熱浸鍍是將鈦基非晶釬料芯層通過In52Sn48熔液。鈦基非晶釬料芯層通過In52Sn48熔液的速度為30～50mm/s。形成在鈦基非晶釬料芯層兩側(cè)面的所述降熔粘合層的厚度為3～5μm。形成在阻隔層與鈦基非晶釬料芯層復(fù)合的一面上的所述降熔粘合層的厚度為3～5μm。

進(jìn)一步地，所述In52Sn48熔液采用包括以下步驟的方法制得：加熱In52Sn48，熔融成In52Sn48熔液。更進(jìn)一步地，加熱In52Sn48至110～120℃。更進(jìn)一步地，所述In52Sn48的加熱在鍍錫槽中進(jìn)行。鈦基非晶釬料芯層通過鍍錫槽中的In52Sn48熔液。

進(jìn)一步地，為了使阻隔層、降熔粘合層和鈦基非晶芯層更充分地復(fù)合，按順序在鈦基非晶釬料芯層的兩側(cè)面上疊置降熔粘合層、阻隔層后的所述加熱的溫度為110～120℃，加壓的壓力為0.3～3MPa，加壓的時(shí)間為20～30min。

進(jìn)一步地，所述阻隔層的制備方法包括以下步驟：取Nb、Mo、Ta中的一種或任意組合的金屬進(jìn)行熔煉、擠壓軋制成型。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的結(jié)構(gòu)示意圖，1為Nb層，2為In52Sn48層，3為Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni芯層；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例7中的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備工藝路線圖，1為Nb層，2為第一In52Sn48層，3為第二In52Sn48層，4為隧道爐，5為Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni芯層，6為鍍錫槽，7為收卷機(jī)；

圖3為Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料釬焊TC4合金后，釬縫的界面形貌圖；

圖4為實(shí)施例1中的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔釬焊TC4合金后，釬縫的界面形貌圖；

圖5為Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料釬焊合金后，釬縫中A、B點(diǎn)能譜分析圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說明。

一、鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的實(shí)施例

實(shí)施例1

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔為五層夾芯狀，如圖1所示，兩表層為阻隔層1，兩次外層為降熔粘合層2，芯層為鈦基非晶釬料芯層3，其中，阻隔層為Nb，厚度為5μm；降熔粘合層為In52Sn48，厚度為6μm；鈦基非晶釬料芯層(Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni)由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 32.0份、Zr 32.0份、Cu 12.0份、Ni 12.0份，厚度為25μm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔為五層夾芯狀，兩表層為阻隔層，兩次外層為降熔粘合層，芯層為鈦基釬料芯層，其中，阻隔層為Mo，厚度為6μm；降熔粘合層為In52Sn48，厚度為8μm；鈦基非晶釬料芯層(Ti-36.1Zr-13.8Cu-13.8Ni)由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 34.0份、Zr 34.0份、Cu 13.0份、Ni 13.0份，厚度為28μm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔為五層夾芯狀，兩表層為阻隔層，兩次外層為降熔粘合層，芯層為鈦基釬料芯層，其中，阻隔層為Ta，厚度為8μm；降熔粘合層為In52Sn48，厚度為10μm；鈦基非晶釬料芯層(Ti-35Zr-15Cu-15Ni)由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 35.0份、Zr 35.0份、Cu 15.0份、Ni 15.0份，厚度為30μm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔為五層夾芯狀，兩表層為阻隔層，兩次外層為降熔粘合層，芯層為鈦基釬料芯層，其中，阻隔層由質(zhì)量比為1:1的Nb和Mo組成，厚度為6μm；降熔粘合層為In52Sn48，厚度為6μm；鈦基非晶釬料芯層(Ti-34.6Zr-15.4Cu-15.4Ni)由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 36.0份、Zr 36.0份、Cu 16.0份、Ni 16.0份，厚度為25μm。

實(shí)施例5

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔為五層夾芯狀，兩表層為阻隔層，兩次外層為降熔粘合層，芯層為鈦基釬料芯層，其中，阻隔層由質(zhì)量比為1:1:1的Nb、Mo、Ta組成，厚度為8μm；降熔粘合層為In52Sn48，厚度為10μm；鈦基非晶釬料芯層(Ti-33.9Zr-16.1Cu-16.1Ni)由以下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：Ti 38.0份、Zr 38.0份、Cu 18.0份、Ni 18.0份，厚度為30μm。

二、鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法的實(shí)施例

實(shí)施例6

本實(shí)施例為實(shí)施例1中的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的制備方法，包括以下步驟：

1)按鈦基非晶釬料的化學(xué)計(jì)量比稱取各組分，再將各組分通過非自耗真空熔煉爐熔煉、真空熔融甩帶機(jī)制成25μm的Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層；

2)將Nb金屬熔煉、擠壓、軋制成5μm的Nb金屬箔；

3)將In52Sn48置于鍍錫槽中，加熱至120℃，熔融成In52Sn48熔液；

4)取兩個(gè)步驟2)制得的Nb金屬箔，經(jīng)隧道爐加熱至110℃，在兩個(gè)Nb金屬箔與鈦基非晶釬料復(fù)合的一面均勻刷涂In52Sn48熔液，形成一側(cè)帶有3μm的第一In52Sn48層的Nb層；

5)將步驟1)得到的Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層經(jīng)隧道爐加熱至110℃，再以50mm/s的速度通過步驟3)中含有In52Sn48熔液的鍍錫槽，在Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層的兩側(cè)面上形成3μm的第二In52Sn48層；

其他實(shí)施情形下，在本實(shí)施例的基礎(chǔ)上，將從隧道爐出來的Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層以30mm/s或40mm/s的速度通過步驟3)中含有In52Sn48熔液的鍍錫槽，在Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層的兩側(cè)面上形成3～5μm的第二In52Sn48層；

6)將步驟4)得到的兩個(gè)復(fù)合有第一In52Sn48層的Nb層與步驟5)得到的兩側(cè)面帶有第二In52Sn48層的Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層按照從上到下依次為Nb層、第一In52Sn48層、第二In52Sn48層、Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層、第二In52Sn48層、第一In52Sn48層、Nb層的順序，經(jīng)隧道爐加熱至110℃，同時(shí)加壓1.5MPa復(fù)合，保壓20min。

在本實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟5)中的隧道爐加熱至110℃或115℃，同時(shí)加壓0.3MPa、1MPa、2MPa或3MPa復(fù)合，保壓25min或30min，可以得到與本實(shí)施例類似的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔。

本實(shí)施例的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的工藝路線及其使用狀態(tài)如圖2所示，在制備鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔的過程中，將從隧道爐4出來的Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層5通過含有In52Sn48熔液的鍍錫槽6，在Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni釬料芯層5的兩側(cè)面上形成第二In52Sn48層3，在兩個(gè)Nb金屬箔與鈦基非晶釬料復(fù)合的一面均勻刷涂鍍錫槽6中的In52Sn48熔液，形成一側(cè)帶有第一In52Sn48層2的Nb層1，按照從上到下的順序依次將Nb層1、第一In52Sn48層2、第二In52Sn48層3、Ti-36.3Zr-13.6Cu-13.6Ni芯層5、第二In52Sn48層3、第一In52Sn48層2、Nb層1進(jìn)行疊置，用兩塊厚壓板把疊置后的五層夾芯狀釬料箔夾在中間，通過螺絲緊固兩側(cè)壓板，進(jìn)入隧道爐4，加熱加壓，出隧道爐后拆除壓板，最后用收卷機(jī)7進(jìn)行收卷，得到鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔。

參考實(shí)施例7的方法，可相應(yīng)制備實(shí)施例2～5的多層夾芯釬料箔產(chǎn)品。

三、實(shí)驗(yàn)例

實(shí)驗(yàn)例1接頭形貌表征

采用實(shí)施例1中的鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔和Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料分別真空釬焊20mm寬、60mm長(zhǎng)、3mm厚的TC4合金板，前者釬焊工藝參數(shù)為850℃/10min，后者釬焊工藝參數(shù)為900℃/10min，接頭形式為搭接。焊接后取樣制備金屬接頭，利用掃描電鏡觀察分析兩種釬料釬焊的TC4接頭界面形貌，如圖3和圖4所示。

可以從圖3和圖4中看到，Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料釬焊TC4合金界面兩側(cè)邊緣有明顯的灰色脆性層帶(虛線位置)，而實(shí)施例1中的釬料釬焊的TC4合金界面無明顯的脆性層帶，釬料呈針狀，在釬縫兩側(cè)的基體中相互穿插，與鈦合金母材間擴(kuò)散充分，釬縫組織分布較為均勻。

實(shí)驗(yàn)例2接頭EDS分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)例1中的Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料進(jìn)行EDS能譜分析，結(jié)果如圖5和表1所示。

表1圖4中A點(diǎn)和B點(diǎn)的EDS分析結(jié)果

由圖5和表1可知，A點(diǎn)灰黑色相中Cu、Ni元素含量高，與Ti形成多種脆性化合物，如TiCu、Ti 2Cu、Ti 3Ni 2等，而B點(diǎn)白色相為Ti基固溶體。

實(shí)驗(yàn)例3接頭力學(xué)性能測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)例對(duì)比實(shí)施例1中的釬料和Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料真空釬焊TC4合金接頭的力學(xué)性能，其中接頭的剪切強(qiáng)度測(cè)試按照GB/T 11363-2008進(jìn)行，沖擊韌度測(cè)試按照GB/T 229-1994進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果見下表2。

表2不同釬料釬焊TC4合金接頭的力學(xué)性能

由表2可看出，Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni常規(guī)釬料釬焊的TC4合金接頭的韌性差、強(qiáng)度稍低，而本發(fā)明實(shí)施例中釬料釬焊的TC4合金接頭的沖擊韌度值高、接頭韌性好。

鈦合金釬焊用多層夾芯釬料箔及其制備方法.pdf