一种镍基高温合金与MoNbTaW系难熔合金真空扩散连接的方法

本发明属于金属连接领域，具体涉及一种镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法。

背景技术：

1、镍基高温合金由于cr、co、w、ti等元素的综合强化，使合金具有较高的热强性，可长期在900℃以下的温度使用，常用于制造航空航天发动机和燃气轮机的热端部件，如燃烧室、涡轮叶片等零部件。而monbtaw系难熔合金则具有高熔点、高强度、耐腐蚀等特点，适用于高温、腐蚀性环境下的工程应用。因此实现镍基高温合金与monbtaw系难熔合金的高质量连接对航空、航天、能源工业的发展有重要意义。

2、此前，西北工业大学的孟宪林等人分别采用cu、ni、cu/ni/cu箔作中间层(孟宪林，胡锐，唐斌，等.中间层对ni-cr-w高温合金扩散连接界面组织的影响[j].材料科学与工艺，2013，21(3):41-48.)，在950℃、30mpa、45min的工艺参数下利用真空扩散连接技术对镍基合金(ni-cr-w合金)进行焊接，对比分析了不同中间层对该镍基合金真空扩散连接效果的影响。当采用金属ni箔作中间层时，扩散界面连接良好且无明显反应层存在。suzumura等研究者进行了a286镍基合金的扩散焊接(suzumuraa，onzawa t，tamura h.solidstatediffusion weldability of high temperature alloya286 and hastelloy x[j].transactions ofthe japanwelding society，1983，14：26-32.)，发现不添加中间层时界面处存在脆性相影响接头力学性能，当使用纯金属ni箔作中间层后，含ti中间相消失，使扩散焊接接头力学性能提高。pouranvari m等采用瞬时液相连接技术研究了焊接温度对于gtd-111合金/ni-si-b中间层微观结构的影响(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.)。在低焊接温度下(1000℃和1050℃)，非均匀凝固区的微观结构由b扩散控制，扩散影响区中能够观察到大量的富铬碳硼化物，而在高焊接温度下(1080℃)，合金元素ti和cr的溶解和扩散对接头微观结构的影响更为明显。

3、总之，目前公开报道的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金连接的方法较少，也存在一些问题，特别是扩散区容易出现脆性金属间化合物，严重限制了接头的力学性能。在焊后以脆性断裂为主，不能获得牢固的接头。连接时需要综合考虑焊接工艺参数、中间层成分及厚度和焊后热处理等因素，当前关于monbtaw系难熔合金与镍基高温合金之间扩散连接的相关研究十分不完善，因此亟需开发一种新型的连接方法，能使镍基高温合金和monbtaw系难熔合金焊接接头实现高质量连接，具有足够高的强度以达到服役要求。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金连接方法中焊接接头会产生富cr的脆性相，而使获得的焊接接头强度极低，甚至在焊后容易发生脆性断裂，使接头质量不高等问题，而提供一种镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法。

2、本发明镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法按照以下步骤实现：

3、一、对待焊接的镍基高温合金和monbtaw系难熔合金表面进行打磨，超声清洗后，得到清洗后的镍基高温合金和monbtaw系难熔合金；

4、二、将硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸、十二烷基硫酸钠与蒸馏水混合，得到电镀液，以电解ni块为阳极，清洗后的镍基高温合金为阴极进行电镀处理，得到待焊面附着有电镀镍晶粒层的镍基高温合金，将monbtaw系难熔合金和附着有电镀镍晶粒层的镍基高温合金接合，施加夹紧压力，得到待焊装配件；

5、三、将待焊装配件置于高温真空扩散炉中，抽真空至工作真空度；

6、四、升温加热，施加工作压力，控制连接温度为900～1300℃进行扩散焊接，降温至室温，完成镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接；

7、其中步骤二所述的电镀液中硫酸镍浓度为100～300g/l，硫酸浓度为20～50g/l，硼酸浓度为10～50g/l，氯化镍浓度为10～50g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.05～0.15g/l。

8、本发明提出了一种镍基高温合金与monbtaw系难熔合金的连接方法，使用电镀镍晶粒层，在相对较低温度和较小压力下进行连接，在高温连接扩散过程中，电镀镍晶粒层有效地将镍基高温合金与monbtaw系难熔合金阻隔开，接头界面仅存在小范围的电镀镍晶粒层与monbtaw系难熔合金的互扩散，并未生成富cr脆性相，避免在接头内部产生裂纹。

9、与现有镍基高温合金与monbtaw系难熔合金连接技术相比，本发明镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散焊接方法的接头强度高。由于接头中避免了富cr脆性相的生成，显著提高了接头强度。采用电镀镍晶粒层可以使焊接温度相对较低，可最大限度的降低高温对合金母材性能造成的损伤。

10、本发明真空扩散连接方法的操作简单易行，丰富了镍基高温合金与monbtaw系难熔合金连接技术种类，具有广阔的应用前景和较大的实用价值。

技术特征：

1.镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于该真空扩散连接的方法按照以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤一中所述的镍基高温合金为含cr元素的gh镍基高温合金、k镍基铸造高温合金、粉末冶金镍基高温合金、inconel合金或monel合金。

3.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤一中monbtaw系难熔合金中还含有hf、ti、si中的一种或者多种元素。

4.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤一中依次采用400#、800#、1200#、1500#、2000#和3000#的碳化硅水磨砂纸对待焊接的镍基高温合金和monbtaw系难熔合金表面进行打磨。

5.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤二中在电镀液温度为45℃～65℃、磁力搅拌速度为250r/min～380r/min及直流电的电流密度为2a/dm2～5a/dm2的条件下进行电镀处理，电镀处理时间为20min～90min。

6.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤二中电镀镍晶粒层的厚度为5～200μm。

7.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤三中工作真空度优于5×10-3pa。

8.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤四中控制加热速率为5℃/min～25℃/min。

9.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤四中以900～1300℃的连接温度，保温30～120min进行扩散焊接。

10.根据权利要求1所述的镍基高温合金与monbtaw系难熔合金真空扩散连接的方法，其特征在于步骤四中冷却降温速率为2℃/min～10℃/min。

技术总结一种镍基高温合金与MoNbTaW系难熔合金真空扩散连接的方法，本发明为了解决镍基高温合金与MoNbTaW系难熔合金的焊接接头会产生富Cr的脆性相，影响焊接接头质量的问题。真空扩散方法：一、打磨镍基高温合金和MoNbTaW系难熔合金；二、将硫酸镍、氯化镍、硼酸镍、硫酸、十二烷基硫酸钠与水混合，得到电镀液，对镍基高温合金进行电镀处理得到电镀镍晶粒层，将MoNbTaW系难熔合金和镍基高温合金接合；三、待焊件置于真空扩散炉中；四、进行真空扩散连接。本发明使用电镀镍晶粒层，在相对较低温度和较小压力下进行连接，接头界面仅存在小范围电镀镍晶粒层与难熔合金的互扩散，未生成富Cr脆性相，避免接头内部产生裂纹。技术研发人员：李淳,王润杰,刘奇,秦中环,梁金柱,曹健,司晓庆,杨博,林彤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：2025/1/6