一种TiAl用Ti-Mn-Fe-Ni-Nb-Zr中熵钎料及其使用方法与流程

本发明属于航空钎焊，尤其涉及一种tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料及其使用方法。

背景技术：

1、tial基合金的主要优点包括低密度(3.9～4.2g/cm)、较高的比强度和比刚度、以及800℃以下良好的蠕变抗力、抗氧化和阻燃性能。与传统钛合金相比，在航空领域采用tial基合金制造的零件能够长期承受700～850℃的工作温度，相对于钛合金可以大幅度提高构件的长期服役温度，而与传统镍基高温合金相比，tial基合金的密度更低和比强度更高。因而，tial基合金在航空领域具有广泛的高温应用前景。

2、然而，tial基合金自身脆性大，室温塑性仅有1～3％，在焊接过程中极易产生裂纹。从高可行性和良好经济性角度出发，钎焊技术是一种非常适合焊接tial基合金的连接技术。目前，tial基合金钎焊技术的研究集中在钎焊方法改进、钎焊料、钎焊工艺、钎焊过程控制和钎焊接头的室温/高温强度等方面，然而，钎料的钎焊温度和钎焊接头的强度仍不协调。ag基或al基钎料的钎焊温度较低，但钎焊接头高温强度明显不足；虽然ti基钎料钎焊接头的室温强度有所提升，但是钎焊接头高温强度仍然不足，而且有的ti基钎料对应的钎焊温度还很高，比如超出1200℃容易引起母材性能损伤。因此，tial基合金钎焊料的关键就在于，既能在较低钎焊温度下(低于1200℃)实现钎焊，同时钎焊接头也具备较高的室温/高温(750～850℃)强度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料及其使用方法，该中熵合金钎料能够有效解决现有技术中存在的钎焊料钎焊温度过高和钎焊接头的室温/高温(750～850℃)强度不足的问题。

2、本发明提供了一种tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料，以质量百分比计，包括以下组分：

3、mn 17.0～22.0％；fe 13.0～17.0％；ni 2.0～8.0％；nb 2.0～9.0％；zr 0～5.0％；余量ti；

4、ni和nb的含量比为(45～50):(55～50)。

5、优选地，mn 17.0～22.0％；fe 13.0～17.0％；ni 2.5～8.0％；nb 2.5～9.0％；zr0～5.0％；余量ti；ni和nb的含量比为(45～50):(55～50)。

6、优选地，所述钎料的使用形态为以下形状中的一种或多种：块体、碎颗粒状、薄片状、粉末状、急冷态箔带状、或粉末烧结体。

7、本发明提供了一种上述技术方案所述tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料的制备方法，包括以下步骤：

8、按钎料质量百分比配料，采用电弧熔炼法熔制，得到ti-mn-fe-ni-nb-zr六元中熵合金钎料。

9、上述技术方案所述tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料在tial合金、ti-al-nb合金、ti基复合材料、tial基复合材料、含ti一种元素在内的其它多元中熵或高熵合金基体材料、或含ti和al两种元素在内的其它钎焊多元中熵或高熵合金基体材料连接中的应用。

10、本发明提供了一种tial合金的钎焊方法，包括以下步骤：

11、s1、待焊母材准备：对母材表面、待焊位置进行预处理；

12、s2、装配：在母材待焊位置添加钎料，得到装配的组件；所述钎料为上述技术方案所述的钎料或上述技术方案所述制备方法制得的钎料；

13、s3、钎焊：将所述装配的组件进行钎焊。

14、优选地，所述钎焊为真空钎焊；

15、所述真空钎焊的过程包括：

16、炉内真空度优于8×10-3pa，以10～40℃/min速率升温、升温至600℃，再以10～30℃/min速率升温、升温至900℃，再以10～25℃/min速率升温、升温至1140～1170℃并保温20～75min；保温结束后，以10～40℃/min速率降温、随炉冷却。

17、优选地，母材待焊位置的间隙为0.03～0.07mm。

18、本发明提供了一种tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料，以质量百分比计，包括以下组分：mn 17.0～22.0％；fe 13.0～17.0％；ni 2.0～8.0％；nb 2.0～9.0％；zr 0～5.0％；余量ti；ni和nb的含量比为(45～50):(55～50)。本发明提供的钎料应用在tial合金的钎焊时，具有固溶强化和细晶强化效果，得到的钎焊接头具有较高的室温/高温强度。实验结果表明：在(1140～1170)℃/(20～75)min钎焊条件下获得的接头室温平均抗拉强度达421～457mpa，700℃下的抗拉强度为427～468mpa，750℃下的抗拉强度为435～465mpa，850℃下的抗拉强度为386～415mpa。

技术特征：

1.一种tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料，其特征在于，mn17.0～22.0％；fe 13.0～17.0％；ni2.5～8.0％；nb 2.5～9.0％；zr0～5.0％；余量ti；ni和nb的含量比为(45～50):(55～50)。

3.根据权利要求1所述的tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料，其特征在于，所述钎料的使用形态为以下形状中的一种或多种：块体、碎颗粒状、薄片状、粉末状、急冷态箔带状、或粉末烧结体。

4.一种权利要求1～3任一项所述tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料的制备方法，包括以下步骤：

5.权利要求1～3任一项所述tial用ti-mn-fe-ni-nb-zr中熵合金钎料在tial合金、ti-al-nb合金、ti基复合材料、tial基复合材料、含ti一种元素在内的其它多元中熵或高熵合金基体材料、或含ti和al两种元素在内的其它钎焊多元中熵或高熵合金基体材料连接中的应用。

6.一种tial合金的钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，所述钎焊为真空钎焊；

8.根据权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，母材待焊位置的间隙为0.03～0.07mm。

技术总结
本发明提供一种TiAl用Ti‑Mn‑Fe‑Ni‑Nb‑Zr中熵合金钎料及其使用方法，以质量百分比计，钎料包括：Mn 17.0～22.0％；Fe 13.0～17.0％；Ni2.0～8.0％；Nb2.0～9.0％；Zr 0～5.0％；余量Ti；Ni和Nb的含量比为(45～50):(55～50)。本发明效果：在(1140～1170)℃/(20～75)min条件下获得的钎焊接头室温平均抗拉强度达421～457MPa，700℃、750℃和850℃高温抗拉强度为427～468MPa、435～465MPa和386～415MPa。

技术研发人员：任海水,熊华平,翟智梁,任新宇,尚泳来,陈波
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20