一种Ti-Mn-Fe-Ni-Co-Cr中熵合金钎料及其在钎焊连接的应用的制作方法

本发明涉及航空钎焊，特别涉及一种ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料及其对tial钎焊连接的使用方法等应用。

背景技术：

1、钛铝基(tial基)合金的主要优点包括：低密度(3.9～4.2g/cm3)、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。在航空领域，采用tial基合金制造的零件能够长期承受700～850℃的高温工作温度，相对于传统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基合金的密度更低且比强度更高。因此，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；钎焊是用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热，焊件不熔化，而钎料熔化后润湿并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的焊接技术。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、钎焊工艺过程控制和钎焊接头的室温/高温强度等方面，但其中钎料的钎焊温度和钎焊接头的强度仍不协调。

3、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℃，这样容易引起母材性能损伤。因此，tial基合金钎焊料的协调关键就在于，如何既能在较低钎焊温度下(低于1200℃)实现钎焊，又能使钎焊接头具备较高的室温/高温强度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料及其对tial钎焊连接的使用方法等应用，本发明提供的钎焊料能够有效解决现有tial钎焊技术中存在的钎焊料钎焊温度过高，以及钎焊接头的室温/高温强度不足的问题。

2、本发明提供一种ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料，所述钎料以质量百分比计，包括以下组分：

3、mn 16.0～22.0％；fe 12.0～18.0％；ni2.0～10.0％；co 2.0～10.0％；cr 0～6.0％；ti余量。

4、优选的，所述钎料以质量百分比计，包括以下组分：

5、mn 17.0～22.0％；fe 13.0～18.0％；ni3.0～8.0％；co 3.0～8.0％；cr 0～5.0％；ti余量。

6、优选的，所述钎料的使用形态为合金块状、合金粉末状和急冷态箔带状中的一种或多种。

7、本发明提供如前文所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料的制备方法，包括以下步骤：

8、a)按质量百分比计配料，然后采用电弧熔炼方式熔制合金锭；

9、b)将所述合金锭通过不同的工艺制成具有不同形态的钎料；所述钎料的使用形态为合金块状、合金粉末状和急冷态箔带状中的一种或多种。

10、本发明提供如前文所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料在钎焊连接中的应用。

11、本发明提供一种tial合金的钎焊方法，包括以下步骤：

12、s1、对tial合金的母材表面的待焊位置进行预处理；

13、s2、在所述预处理后的母材待焊位置添加钎料，得到装配的组件；所述钎料为前文所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料；

14、s3、将所述装配的组件进行钎焊，形成tial合金连接件。

15、优选的，所述步骤s1中通过预处理去除油污和氧化物。

16、优选的，所述步骤s2中包括：通过机械加工或工装卡具控制待焊的母材之间钎焊间隙为0.03～0.07mm。

17、优选的，所述步骤s3中，所述钎焊的温度为1170～1180℃；所述钎焊为真空钎焊。

18、优选的，所述真空钎焊包括：炉内真空度优于8×10-3pa，先以10～40℃/min速率升温至600℃，然后以10～30℃/min速率升温至900℃，再以10～25℃/min速率升温至tb并保温20～75min；保温结束后，以10～40℃/min速率降温，随炉冷却至室温。

19、上述钎料可以用于tial合金的钎焊连接，但不局限于tial这唯一类别材料的连接。

20、与现有技术相比，本发明提出的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料成分范围为：mn:16.0～22.0％；fe:12.0～18.0％；ni:2.0～10.0％；co:2.0～10.0％；cr:0～6.0％；ti:余量。其中，ti元素与mn、fe元素相互之间具有良好的相容性，而且还存在三元共晶成分；同时在ti-fe-mn基础上，添加了高温合金中常用的元素ni、co和cr，既与fe、mn的相容性很好，又能起到固溶强化、细晶强化作用，可提高钎料及钎焊接头的耐高温性能，从而提高钎焊接头的强度。所述的钎料为中熵合金钎料，它不会与被焊tial母材之间发生剧烈的化学反应，有利于获得良好的冶金连接。使用本发明钎料在(1170～1180)℃/(20-75)min条件下获得钎焊接头，其室温抗拉强度达495～518mpa，接头强度系数基本稳定在0.84～0.88范围；650℃高温抗拉强度可达478～511mpa，700℃高温抗拉强度可达530～563mpa，750℃高温抗拉强度可达517～566mpa，800℃高温抗拉强度可达478～495mpa，850℃高温抗拉强度可达411～420mpa，700～850℃这个宽域范围内接头高温强度系数基本稳定在0.87以上。

21、此外，本发明所述钎料的组分都属于常规金属元素，且不包含贵重金属，在经济性方面具有很大的价格优势。

22、进一步地，本发明钎料可制备的形态广泛。ti-mn-fe-ni-co-cr多元合金可以制备成多种使用形态，钎焊时有多种使用形式。多元合金熔炼后，采用不同的制备方法能够制成相应的使用形态，包括合金块状或碎颗粒状或薄片状、合金粉末状、急冷态箔带状、粉末烧结体。

技术特征：

1.一种ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料，其特征在于，所述钎料以质量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料，其特征在于，所述钎料以质量百分比计，包括以下组分：

3.根据权利要求1所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料，其特征在于，所述钎料的使用形态为合金块状、合金粉末状和急冷态箔带状中的一种或多种。

4.如权利要求1-3任意一项所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求1-3任意一项所述的ti-mn-fe-ni-co-cr中熵合金钎料在钎焊连接中的应用。

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，所述步骤s1中通过预处理去除油污和氧化物。

8.根据权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，所述步骤s2中包括：通过机械加工或工装卡具控制待焊的母材之间钎焊间隙为0.03～0.07mm。

9.根据权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述钎焊的温度为1170～1180℃；所述钎焊为真空钎焊。

10.根据权利要求9所述的钎焊方法，其特征在于，所述真空钎焊包括：炉内真空度优于8×10-3pa，先以10～40℃/min速率升温至600℃，然后以10～30℃/min速率升温至900℃，再以10～25℃/min速率升温至tb并保温20～75min；保温结束后，以10～40℃/min速率降温，随炉冷却至室温。

技术总结本发明涉及航空钎焊领域，提出了一种Ti‑Mn‑Fe‑Ni‑Co‑Cr中熵合金钎料及其对TiAl连接的使用方法。所述钎料以质量百分比计，其组成为：Mn 16.0～22.0％；Fe 12.0～18.0％；Ni 2.0～10.0％；Co 2.0～10.0％；Cr≤6.0％；Ti:余量。本发明效果包括：可实现在钎焊温度1170～1180℃下对TiAl的真空钎焊连接，在特定条件下获得的钎焊接头室温抗拉强度达495～518MPa；700℃抗拉强度达530～563MPa，750℃抗拉强度达517～566MPa，850℃抗拉强度达411～420MPa，700～850℃宽域范围内接头高温强度系数高于0.87。技术研发人员：熊华平,任海水,任新宇,翟智梁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：2024/6/13