專利名稱：利用Ti-Zr-Ni-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
鈦合金作為一類重要的工程材料，具有低密度、高室溫強(qiáng)度等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、生物醫(yī)學(xué)和海洋工程等領(lǐng)域。然而，鈦合金耐磨性較差、高溫強(qiáng)度較低等缺點在很大程度上限制了鈦合金的應(yīng)用。向鈦合金中加入高強(qiáng)度、高硬度陶瓷增強(qiáng)體制備的鈦基復(fù)合材料可以顯著提高其室溫機(jī)械性能和高溫蠕變強(qiáng)度，從而使它們在商業(yè)汽車，航空航天和先進(jìn)軍事上得到進(jìn)一步的應(yīng)用。鈦基復(fù)合材料增強(qiáng)體按其在基體中分布狀態(tài)可以分為連續(xù)纖維和非連續(xù)晶須或顆粒。非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料保持了連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的優(yōu)點，同時具有制備工藝簡單、成本低等優(yōu)勢。與傳統(tǒng)非連續(xù)晶須/顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料相比，原位自生晶須/顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體與金屬基體界面無雜質(zhì)，結(jié)合牢固；因此，原位自生非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料是目前的重要研究方向。對于鈦基體材料，TiB晶須(TiBw)被認(rèn)為是最佳增強(qiáng)相，一方面其具有高彈性模量、高硬度的優(yōu)點，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可穩(wěn)定的存在于基體中。另一方面其與基體鈦之間有非常相近的密度和熱膨脹系數(shù)，與鈦基體材料具有好的相容性，可有效降低復(fù)合材料中的殘余應(yīng)力。TiBw增強(qiáng)體可以用鈦粉和硼粉(亦或TiB2粉)通過高溫反應(yīng)原位生成。此種在鈦基復(fù)合材料中原位合成陶瓷增強(qiáng)體的方法成本較低，而且合成的增強(qiáng)體可與基體材料形成良好的潤濕。采用原位合成TiBw，能夠有效增加增強(qiáng)體與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，不但可以提高復(fù)合材料的本征強(qiáng)度，而且相對基體而言具有更高的耐磨性，從而使得TiBw/Ti復(fù)合材料具有更廣闊的應(yīng)用。然而TiBw/Ti復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體物性的不同，也給它的再次加工成型帶來了很大的難度，使得這種先進(jìn)材料的連接成為難點，不利于其大規(guī)模實用化的實現(xiàn)。目前對于鈦基復(fù)合材料連接技術(shù)的研究相對較少，尚未有較為成熟的鈦基復(fù)合材料焊接技術(shù)。而且現(xiàn)有的連接方法研究大都針對于連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，針對于非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的連接研究甚少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決目前非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料難于連接的問題，而提供的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，具體是按照以下步驟完成的:一、依次用400#、600#、800#金相砂紙將TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、將步驟一得到的母材和箔片釬料浸入丙酮中，超聲清洗時間為15min 40min， 再用無水乙醇沖洗，然后風(fēng)干，得到待焊的母材和箔片釬料；
三、將步驟二得到的母材之間放入箔片釬料，壓緊，再放入真空爐中，控制真空度為1.3X10_3Pa，加熱速率為10°C/min 20°C/min，加熱至溫度為300°C，保溫時間為20min 40min,然后控制加熱速率為10°C /min 20°C /min,加熱至釬焊溫度為920°C 1000°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為IOmin 50min，壓力為1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。上述箔片釬料為市售產(chǎn)品，購買得到。本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明的T1-Zr-N1-Cu非晶箔片，可以實現(xiàn)TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的有效連接，使用Ti35Zrl5Cul5Ni釬料在950°C保溫30min時得到接頭的剪切強(qiáng)度為642MPa ;相應(yīng)工藝下的抗拉強(qiáng)度為1066MPa，斷裂發(fā)生在TiBw/TC4母材上。本發(fā)明用于利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料。


圖1為實施例一中TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的掃描電鏡圖；圖2為實施例一中釬焊溫度為920°C，進(jìn)行釬焊連接，保溫時間為20min，釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料接頭的電子背散射照片。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，具體是按照以下步驟完成的:一、依次用400#、600#、800#金相砂紙將TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、將步驟一得到的母材和箔片釬料浸入丙酮中，超聲清洗時間為15min 40min，再用無水乙醇沖洗，然后風(fēng)干，得到待焊的母材和箔片釬料；三、將步驟二得到的母材之間放入箔片釬料，壓緊，再放入真空爐中，控制真空度為1.3X10_3Pa，加熱速率為10°C/min 20°C/min，加熱至溫度為300°C，保溫時間為20min 40min,然后控制加熱速率為10°C /min 20°C /min,加熱至釬焊溫度為920°C 1000°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為IOmin 50min，壓力為1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。上述箔片釬料為市售產(chǎn)品，購買得到。采用本實施方式的T1-Zr-N1-Cu非晶箔片，可以實現(xiàn)TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的有效連接，使用Ti35Zrl5Cul5Ni釬料在950°C保溫30min時得到接頭的剪切強(qiáng)度為642MPa ；相應(yīng)工藝下的抗拉強(qiáng)度為1066MPa，斷裂發(fā)生在TiBw/TC4母材上。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟二中超聲清洗時間為18min 30min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:步驟二中超聲清洗時間為20min。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中加熱至溫度為300°C，保溫時間為30min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中加熱至釬焊溫度為940°C，進(jìn)行釬焊連接。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中加熱至釬焊溫度為950°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為20min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中加熱至釬焊溫度為950°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為30min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中加熱至釬焊溫度為980°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為20min。其它與具體實施方式
一相同。采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:實施例一: 本實施例利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，具體是按照以下步驟完成的: 一、依次用400#、600#、800#金相砂紙將TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料打磨至表面光亮，得到母材；二、將步驟一得到的母材和箔片釬料浸入丙酮中，超聲清洗時間為20min，再用無水乙醇沖洗，然后風(fēng)干，得到待焊的母材和箔片釬料；三、將步驟二得到的母材之間放入箔片釬料，壓緊，再放入真空爐中，控制真空度為1.3X10_3Pa，加熱速率為10°C /min，加熱至溫度為300°C，保溫時間為30min，然后控制加熱速率為10°C /min，加熱至釬焊溫度為920°C 1000°C，進(jìn)行釬焊連接，保溫時間為IOmin 50min，壓力為L 63 X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。上述箔片釬料為市售產(chǎn)品，購買得到。本實施例中TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的掃描電鏡圖如圖1所示。本實施例中釬焊溫度為920°C，進(jìn)行釬焊連接，保溫時間為20min，釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料接頭的電子背散射照片如圖2所示。本實施例利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的力學(xué)測試結(jié)果如
下表所示:
權(quán)利要求
1.利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，具體是按照以下步驟完成的: 一、依次用400#、600#、800#金相砂紙將TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料打磨至表面光亮，得到母材； 二、將步驟一得到的母材和箔片釬料浸入丙酮中，超聲清洗時間為15min 40min，再用無水乙醇沖洗，然后風(fēng)干，得到待焊的母材和箔片釬料； 三、將步驟二得到的母材之間放入箔片釬料，壓緊，再放入真空爐中，控制真空度為1.3 X 10 ,加熱速率為10°C /min 20°C /min,加熱至溫度為300°C，保溫時間為20min 40min，然后控制加熱速率為10°C /min 20°C /min,加熱至釬焊溫度為920°C 1000°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為IOmin 50min，壓力為1.63X IO3Pa,完成利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟二中超聲清洗時間為18min 30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟二中超聲清洗時間為20min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟三中加熱至溫度為300°C，保溫時間為30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟三中加 熱至釬焊溫度為940°C，進(jìn)行釬焊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟三中加熱至釬焊溫度為950°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟三中加熱至釬焊溫度為950°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用T1-Zr-N1-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟三中加熱至釬焊溫度為980°C，進(jìn)行釬焊連接，其中保溫時間為20min。
全文摘要
利用Ti-Zr-Ni-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法，本發(fā)明涉及釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的方法。本發(fā)明要解決目前非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料難于連接的問題。方法一、制備母材；二、清洗，風(fēng)干；三、釬焊。采用本發(fā)明的Ti-Zr-Ni-Cu非晶箔片，可以實現(xiàn)TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料的有效連接，使用Ti35Zr15Cu15Ni釬料在950℃保溫30min時得到接頭的剪切強(qiáng)度為642MPa；相應(yīng)工藝下的抗拉強(qiáng)度為1066MPa，斷裂發(fā)生在TiBw/TC4母材上。本發(fā)明用于利用Ti-Zr-Ni-Cu釬料釬焊TiBw/TC4鈦基復(fù)合材料。
文檔編號B23K1/20GK103212764SQ20131013798
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者張 杰, 董蕓松, 黃陸軍, 劉春風(fēng), 王國超, 王天鵬, 劉曉文, 劉佳音, 章強(qiáng) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)