本發(fā)明屬于金屬連接領(lǐng)域,具體涉及一種鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法。
背景技術(shù):
1、鎳基高溫合金由于cr、co、w、ti等元素的綜合強(qiáng)化,使合金具有較高的熱強(qiáng)性,可長期在900℃以下的溫度使用,常用于制造航空航天發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件,如燃燒室、渦輪葉片等零部件。而monbtaw系難熔合金則具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn),適用于高溫、腐蝕性環(huán)境下的工程應(yīng)用。因此實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金的高質(zhì)量連接對航空、航天、能源工業(yè)的發(fā)展有重要意義。
2、此前,西北工業(yè)大學(xué)的孟憲林等人分別采用cu、ni、cu/ni/cu箔作中間層(孟憲林,胡銳,唐斌,等.中間層對ni-cr-w高溫合金擴(kuò)散連接界面組織的影響[j].材料科學(xué)與工藝,2013,21(3):41-48.),在950℃、30mpa、45min的工藝參數(shù)下利用真空擴(kuò)散連接技術(shù)對鎳基合金(ni-cr-w合金)進(jìn)行焊接,對比分析了不同中間層對該鎳基合金真空擴(kuò)散連接效果的影響。當(dāng)采用金屬ni箔作中間層時,擴(kuò)散界面連接良好且無明顯反應(yīng)層存在。suzumura等研究者進(jìn)行了a286鎳基合金的擴(kuò)散焊接(suzumuraa,onzawa?t,tamura?h.solidstatediffusion?weldability?of?high?temperature?alloya286?and?hastelloy?x[j].transactions?ofthe?japanwelding?society,1983,14:26-32.),發(fā)現(xiàn)不添加中間層時界面處存在脆性相影響接頭力學(xué)性能,當(dāng)使用純金屬ni箔作中間層后,含ti中間相消失,使擴(kuò)散焊接接頭力學(xué)性能提高。pouranvari?m等采用瞬時液相連接技術(shù)研究了焊接溫度對于gtd-111合金/ni-si-b中間層微觀結(jié)構(gòu)的影響(pouranvari?m,ekramia,kokabiah.effectof?bonding?temperature?on?microstructure?development?during?tlp?bonding?of?anickel?base?superalloy[j].journal?ofalloys?and?compounds.2009;469(1-2),270-275.)。在低焊接溫度下(1000℃和1050℃),非均勻凝固區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)由b擴(kuò)散控制,擴(kuò)散影響區(qū)中能夠觀察到大量的富鉻碳硼化物,而在高焊接溫度下(1080℃),合金元素ti和cr的溶解和擴(kuò)散對接頭微觀結(jié)構(gòu)的影響更為明顯。
3、總之,目前公開報(bào)道的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金連接的方法較少,也存在一些問題,特別是擴(kuò)散區(qū)容易出現(xiàn)脆性金屬間化合物,嚴(yán)重限制了接頭的力學(xué)性能。在焊后以脆性斷裂為主,不能獲得牢固的接頭。連接時需要綜合考慮焊接工藝參數(shù)、中間層成分及厚度和焊后熱處理等因素,當(dāng)前關(guān)于monbtaw系難熔合金與鎳基高溫合金之間擴(kuò)散連接的相關(guān)研究十分不完善,因此亟需開發(fā)一種新型的連接方法,能使鎳基高溫合金和monbtaw系難熔合金焊接接頭實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量連接,具有足夠高的強(qiáng)度以達(dá)到服役要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金連接方法中焊接接頭會產(chǎn)生富cr的脆性相,而使獲得的焊接接頭強(qiáng)度極低,甚至在焊后容易發(fā)生脆性斷裂,使接頭質(zhì)量不高等問題,而提供一種鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法。
2、本發(fā)明鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn):
3、一、對待焊接的鎳基高溫合金和monbtaw系難熔合金表面進(jìn)行打磨,超聲清洗后,得到清洗后的鎳基高溫合金和monbtaw系難熔合金;
4、二、將硫酸鎳、氯化鎳、硼酸、硫酸、十二烷基硫酸鈉與蒸餾水混合,得到電鍍液,以電解ni塊為陽極,清洗后的鎳基高溫合金為陰極進(jìn)行電鍍處理,得到待焊面附著有電鍍鎳晶粒層的鎳基高溫合金,將monbtaw系難熔合金和附著有電鍍鎳晶粒層的鎳基高溫合金接合,施加夾緊壓力,得到待焊裝配件;
5、三、將待焊裝配件置于高溫真空擴(kuò)散爐中,抽真空至工作真空度;
6、四、升溫加熱,施加工作壓力,控制連接溫度為900~1300℃進(jìn)行擴(kuò)散焊接,降溫至室溫,完成鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接;
7、其中步驟二所述的電鍍液中硫酸鎳濃度為100~300g/l,硫酸濃度為20~50g/l,硼酸濃度為10~50g/l,氯化鎳濃度為10~50g/l,十二烷基硫酸鈉濃度為0.05~0.15g/l。
8、本發(fā)明提出了一種鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金的連接方法,使用電鍍鎳晶粒層,在相對較低溫度和較小壓力下進(jìn)行連接,在高溫連接擴(kuò)散過程中,電鍍鎳晶粒層有效地將鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金阻隔開,接頭界面僅存在小范圍的電鍍鎳晶粒層與monbtaw系難熔合金的互擴(kuò)散,并未生成富cr脆性相,避免在接頭內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。
9、與現(xiàn)有鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金連接技術(shù)相比,本發(fā)明鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散焊接方法的接頭強(qiáng)度高。由于接頭中避免了富cr脆性相的生成,顯著提高了接頭強(qiáng)度。采用電鍍鎳晶粒層可以使焊接溫度相對較低,可最大限度的降低高溫對合金母材性能造成的損傷。
10、本發(fā)明真空擴(kuò)散連接方法的操作簡單易行,豐富了鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金連接技術(shù)種類,具有廣闊的應(yīng)用前景和較大的實(shí)用價(jià)值。
1.鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于該真空擴(kuò)散連接的方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟一中所述的鎳基高溫合金為含cr元素的gh鎳基高溫合金、k鎳基鑄造高溫合金、粉末冶金鎳基高溫合金、inconel合金或monel合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟一中monbtaw系難熔合金中還含有hf、ti、si中的一種或者多種元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟一中依次采用400#、800#、1200#、1500#、2000#和3000#的碳化硅水磨砂紙對待焊接的鎳基高溫合金和monbtaw系難熔合金表面進(jìn)行打磨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟二中在電鍍液溫度為45℃~65℃、磁力攪拌速度為250r/min~380r/min及直流電的電流密度為2a/dm2~5a/dm2的條件下進(jìn)行電鍍處理,電鍍處理時間為20min~90min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟二中電鍍鎳晶粒層的厚度為5~200μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟三中工作真空度優(yōu)于5×10-3pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟四中控制加熱速率為5℃/min~25℃/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟四中以900~1300℃的連接溫度,保溫30~120min進(jìn)行擴(kuò)散焊接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基高溫合金與monbtaw系難熔合金真空擴(kuò)散連接的方法,其特征在于步驟四中冷卻降溫速率為2℃/min~10℃/min。