本发明涉及焊接,具体涉及一种用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料。
背景技术:
1、随着高速飞行器、新型航空发动机等新装备工作温度的提高,耐高温、轻质的sicf/sic(或cf/sic)陶瓷基复合材料的应用越来越广泛,陶瓷基复合材料与周围金属构件之间的连接成为重要技术难题。为了适应陶瓷基复合材料/金属构件的耐高温工作要求,复材附近的金属材料以高温合金为主,当金属构件部位的工作温度达到1000℃以上时,相配的金属材料选择耐高温的mx246a等铸造镍基高温合金。由于陶瓷基复合材料的化学稳定性好,钎焊高温合金的常规钎料不能润湿陶瓷基复合材料,难以实现陶瓷基复合材料的直接钎焊连接;陶瓷基复合材料的膨胀系数小(约4.6×10-6/℃),与之相连接的高温合金膨胀系数大(约17×10-6/℃),异质材料膨胀系数的巨大差距导致高温钎焊或高温使用过程中,焊缝两侧的膨胀量差很大,会产生很大的热应力;同时,由于陶瓷基复合材料塑性低,大尺寸钎焊接头陶瓷基复合材料侧容易出现裂纹。陶瓷基复合材料现有技术成熟的钎焊方法有陶瓷金属化方法、银基活性钎料法、钛基活性钎料法,陶瓷金属化方法是在陶瓷焊接表面烧结一层金属化层,金属化层中含有mo、mn等金属元素,mo、mn等金属高温抗氧化性差,形成钎焊接头使用温度不高;agcuti活性钎料能实现陶瓷、陶瓷基复合材料的钎焊连接,但ag、cu等金属的抗氧化性差,高温强度低,形成钎焊接头使用温度不高;钛基活性钎料有ticuni、tizrcuni等组元的多种钎料,主要用于陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接,由于钛基钎料钎焊接头中ti为活泼金属,容易与空气中的h、o、n等元素反应,影响使用温度,同时形成钎焊缝为钛合金,钛合金焊缝在高温下软化强度较低,因而钛基活性钎料形成钎焊接头的使用温度不高,与陶瓷基复合材料和高温合金等的使用温度差距较大,限制了陶瓷基复合材料耐温性能的发挥,不能满足高速飞行器、新型航空发动机中高温部件的连接需求。
2、目前陶瓷基复合材料与金属之间的连接以机械连接为主,机械连接(螺栓连接、铆接等)需要在复合材料中加工连接孔,破坏了复合材料中纤维的连续性;螺栓连接、铆接会使连接压紧部位产生应力;室温下螺栓连接、铆接对连接部位加压固定,但升到高温工作温度时,因金属连接件的膨胀量大,连接部位出现间隙而松动,容易出现振动磨损,这些因素都会影响陶瓷基复合材料与金属机械连接的使用寿命。金属连接件在高温侧露头,因金属连接件的使用温度而限制陶瓷基复合材料与金属连接结构的使用温度。
3、为了实现陶瓷基复合材料与高温合金的耐高温钎焊连接,提高陶瓷基复合材料与高温合金连接的使用性能,需要设计开发直接润湿陶瓷基复合材料、形成耐高温钎焊缝(钎焊缝重熔温度高、高温强度高)的新型耐高温活性钎料。
4、因此,发明人提供了一种用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料。
技术实现思路
1、(1)要解决的技术问题
2、本发明实施例提供了一种用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,解决了常规镍基钎料、钴基钎料不能润湿陶瓷基复合材料,无法实现陶瓷基复合材料耐高温钎焊的技术问题。
3、(2)技术方案
4、本发明提供了一种用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,按照质量百分比包括组分:18~25%的cr、8~12%的co、5~10%的w、8~12%的fe、2~6%的ti、1~5%的al、1~3%的b、0.5~4%的si、0.1~0.2%的c,余量为ni。
5、进一步地,cr的质量百分比为21.88%,co的质量百分比为9.95%,w的质量百分比为9.57%,fe的质量百分比为11.30%,ti的质量百分比为4.85%,al的质量百分比为3.24%,b的质量百分比为2.26%,si的质量百分比为3.42%,c的质量百分比为0.17%,余量为ni。
6、进一步地,熔化温度范围为1130~1220℃。
7、进一步地,钎焊温度为1220~1270℃。
8、(3)有益效果
9、综上,本发明通过陶瓷基复合材料(sic)钎焊反应自由能计算,优选钎焊时能与sic反应提高润湿性的活性元素ti;结合高温合金固溶强化、第二相强化等合金化理论,拟设计cr、co、w、fe固溶强化的镍基钎料,同时添加al提高钎料(焊缝)的抗氧化性,添加b、si降低熔化温度使钎料熔化温度和钎焊温度与被焊金属材料的热处理匹配。
1.一种用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,其特征在于,按照质量百分比包括组分:18~25%的cr、8~12%的co、5~10%的w、8~12%的fe、2~6%的ti、1~5%的al、1~3%的b、0.5~4%的si、0.1~0.2%的c,余量为ni。
2.根据权利要求1所述的用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,其特征在于,cr的质量百分比为21.88%,co的质量百分比为9.95%,w的质量百分比为9.57%,fe的质量百分比为11.30%,ti的质量百分比为4.85%,al的质量百分比为3.24%,b的质量百分比为2.26%,si的质量百分比为3.42%,c的质量百分比为0.17%,余量为ni。
3.根据权利要求1所述的用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,其特征在于,熔化温度范围为1130~1220℃。
4.根据权利要求1所述的用于sic复合材料钎焊的耐高温活性钎料,其特征在于,钎焊温度为1220~1270℃。