一种采用AgCu共晶钎料钎焊Y2O3-MgO纳米复相陶瓷与钛合金的方法

本发明涉及一种钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法。

背景技术：

1、红外窗口位于红外探测器的前端，既要保证目标红外辐射的高效透过，又要保护光学成像探测系统，是重要的结构/功能一体化部件。在众多红外窗口材料中，y2o3-mgo纳米复相陶瓷具有优异的红外透过率、较低的自发辐射、优良的力学性能和抗热震性，在未来高速飞行器红外窗口的应用上极具应用前景。在大多数情况下，典型的y2o3-mgo纳米复相陶瓷部件通常几何形状复杂，并且总是需要与其他材料连接以形成特定的工程部件。但由于y2o3-mgo纳米复相陶瓷的可加工性和韧性较差，缺乏像金属材料那样良好的加工性能，无法通过锻造、挤压成型等传统方法加工成形状复杂的部件。大尺寸、形状复杂的y2o3-mgo纳米复相陶瓷部件的生产是非常困难的，必须通过适当的连接技术将其自身或与其他材料连接起来。钛合金因其比强度高、耐腐蚀、高温性能好且加工性能优异被广泛应用在航空航天领域。若能实现y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金可靠连接，可拓宽y2o3-mgo纳米复相陶瓷的工程应用。目前使用机械连接和胶接方法常存在接头强度低、气密性差、不耐老化等问题。

技术实现思路

1、本发明是要解决目前机械法和胶接法得到的y2o3-mgo纳米复相陶瓷与金属的接头存在强度和气密性不高、不耐老化的技术问题，而提供一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法。

2、本发明的采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法是按以下步骤进行的：

3、一、y2o3-mgo纳米复相陶瓷母材和钛合金母材的制备：

4、切割y2o3-mgo纳米复相陶瓷母材和钛合金母材，然后依次使用600#、1000#、2000#和3000#的金相砂纸对两个母材的待焊面进行打磨处理至表面有光泽为止，然后放入酒精中各超声清洗10min～15min，用吹风机吹干备用；

5、二、焊接试样装配：将agcu共晶钎料置于步骤一中处理后的两个母材中间，得到三明治结构的待焊样；

6、三、焊接过程：将步骤二中的三明治结构待焊样放入真空炉中，在待焊样品上端放置一块石墨片以施加一定的压力保证钎焊过程中样品表面与钎料紧密接触，抽真空；先从室温升至300℃～310℃，随后升温至730℃～790℃，再升温至780℃～840℃并保温0～20min，然后降温至300℃～320℃，整个过程均在真空下进行，最后随炉冷却到室温即完成使用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷和钛合金的连接。

7、本发明的有益效果如下：

8、1、本发明使用钎焊方法，操作简便，使用agcu共晶钎料在真空条件下成功实现了y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的连接，由于母材为钛合金，钎料熔化后可将部分ti元素熔解到液态钎料中，并与y2o3-mgo纳米复相陶瓷一侧实现润湿结合；

9、2、本发明中的ag基钎料对钛合金具有优良的的润湿性，在钎焊过程中ti元素从钛合金母材表面熔解到液态钎料中并向y2o3-mgo纳米复相陶瓷侧扩散，活性元素ti使得钎料对y2o3-mgo纳米复相陶瓷也具有优异的润湿性。两侧母材界面结合良好：ti元素从钛合金侧向y2o3-mgo纳米复相陶瓷侧扩散并与y2o3-mgo中的mgo发生界面反应生成ti3cu3o氧化物，y2o3相保留，从而形成强界面结合；同时，钎料与钛合金母材之间发生反应生成连续的ti-cu界面反应层；由于两侧母材的界面反应消耗了一定量的cu，使得焊缝组织以ag基固溶体为主，具有较高的熔点和塑韧性；

10、3、本发明得到了力学性能优异，可承受一定高温的y2o3-mgo纳米复相陶瓷/钛合金接头，在800℃保温0min的钎焊工艺条件下得到的接头的室温剪切强度可达42mpa；本发明针对红外窗口材料y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的连接应用现状，提出一种具有高强度、稳定性高的钎焊方法。

技术特征：

1.一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法是按以下步骤进行的：

2.根据权利于要求1所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤一中所述的y2o3-mgo纳米复相陶瓷母材为体积比为1:1的纳米y2o3粉体和纳米mgo粉体混合后经热压烧结或放电等离子烧结得到的致密陶瓷材料。

3.根据权利于要求1所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤一中所述的钛合金母材为tc4或ta15。

4.根据权利于要求1所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤一中放入酒精中各超声清洗12min，用吹风机吹干备用。

5.根据权利于要求1所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤二中所述的agcu共晶钎料按质量分数组成为：72％的ag和28％的cu。

6.根据权利于要求5所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤二中所述的agcu共晶钎料采用焊膏或箔片形式。

7.根据权利于要求6所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤二中所述的agcu共晶钎料焊膏直接涂抹在待焊表面使用。

8.根据权利于要求6所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤二中所述的agcu共晶钎料箔片裁剪至面积大于y2o3-mgo纳米复相陶瓷的待焊面，然后用砂纸对箔片的两个表面进行打磨去除表面杂质层，放入酒精或丙酮中超声清洗10min～15min，吹干备用。

9.根据权利于要求1所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤三中将步骤二中的三明治结构待焊样放入真空炉中，在待焊样品上端放置一块石墨片以施加压力保证钎焊过程中样品表面与钎料紧密接触，抽真空至真空度保持在6×10-3以下后开始加热程序。

10.根据权利于要求9所述的一种采用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷与钛合金的方法，其特征在于步骤三中先以5℃/min的升温速率从室温升至300℃，随后以10℃/min的升温速率升至730℃～790℃，再以5℃/min的升温速率升至780℃～840℃并保温0～20min，然后以5℃/min的冷却速率降温至300℃～320℃，整个过程的真空度≤1×10-2pa，最后随炉冷却到室温，最后随炉冷却到室温即完成使用agcu共晶钎料钎焊y2o3-mgo纳米复相陶瓷和钛合金的连接。

技术总结
一种采用AgCu共晶钎料钎焊Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO纳米复相陶瓷与钛合金的方法，涉及一种钎焊Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO纳米复相陶瓷与钛合金的方法。本发明是要解决目前机械法和胶接法得到的Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO纳米复相陶瓷与金属的接头存在强度和气密性不高、不耐老化的技术问题。本发明中的Ag基钎料对钛合金具有优良的的润湿性，在钎焊过程中Ti元素从钛合金侧向Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO纳米复相陶瓷侧扩散并与Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO中的MgO发生界面反应生成Ti<subgt;3</subgt;Cu<subgt;3</subgt;O氧化物，Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;相保留，从而形成强界面结合；所得的Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO纳米复相陶瓷/钛合金接头的室温剪切强度可达42MPa。

技术研发人员：孙良博,张霖,张杰,刘春凤
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28