本發(fā)明涉及高氮鋼與鈦釬焊的領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、高氮鋼具有強(qiáng)度高、韌性好、耐蝕性好等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于電力、海洋工程、軍事設(shè)備等領(lǐng)域，并因其優(yōu)良的生物相容性在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。鈦金屬以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好及良好生物相容性等特征而著名。開(kāi)發(fā)高氮鋼與鈦金屬的復(fù)合構(gòu)件，可充分發(fā)揮二者在性能及經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在航空航天領(lǐng)域、醫(yī)用植入件領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景。其中在醫(yī)用金屬植入件方面，有望實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，減輕植入件重量；還可進(jìn)一步提高人體親和性，有效延長(zhǎng)介入器械的使用壽命。但由于高氮鋼與鈦金屬在理化性能上的差異，傳統(tǒng)的熔焊難以實(shí)現(xiàn)二者有效連接，而釬焊方法具有適合多種接頭形式、殘余應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)，成為焊接高氮鋼與鈦金屬的有效方法。

2、目前，高氮鋼釬焊研究還處于起步階段，而高氮鋼/鈦金屬釬焊更是鮮有研究。鎳基釬料可為接頭提供優(yōu)良耐高溫腐蝕性能和強(qiáng)度，其中ni-cr-b-si釬料在奧氏體不銹鋼表面具有優(yōu)異潤(rùn)濕能力，常用于釬焊304或316不銹鋼。文獻(xiàn)“zhu?w,jiang?h,zhang?h,etal.microstructure?and?strength?of?high?nitrogen?steel?joints?brazed?with?ni-cr-b-si?filler[j].materials?science?and?technology,2018,34(8):926-933.”采用ni-cr-si-b非晶釬料釬焊高氮鋼，釬縫中bn化合物對(duì)接頭剪切強(qiáng)度有顯著影響，釬焊溫度為1020℃時(shí)，接頭最佳抗剪強(qiáng)度僅為176.7mpa。

3、高氮鋼釬焊用高性能鎳基非晶釬料仍在摸索，為制備非晶成形能力良好的箔帶釬料，獲得具有高質(zhì)量、高可靠性的高氮鋼/鈦釬焊接頭，同時(shí)發(fā)掘高氮鋼/鈦醫(yī)用復(fù)合人體植入件的應(yīng)用，有必要進(jìn)一步對(duì)鎳基釬料成分進(jìn)行優(yōu)化，從而提高釬料的非晶形成能力并控制接頭內(nèi)脆性金屬間化合物的形成，以期獲得安全可靠、服役壽命長(zhǎng)的高性能醫(yī)用高氮鋼/鈦復(fù)合構(gòu)件。

4、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料及其制備方法和應(yīng)用，所述高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，具有非晶成形能力好，釬焊接頭脆性化合物形成少、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于高氮鋼和鈦的釬焊連接。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一個(gè)方面，涉及一種高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：

4、ni?45wt％～55wt％、ti?10wt％～18wt％、zr?11wt％～22wt％、cr10wt％～15wt％和v?5wt％～15wt％。

5、所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，具有非晶成形能力好，釬焊接頭脆性化合物形成少、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于高氮鋼和鈦的釬焊連接。

6、本發(fā)明的另一個(gè)方面，還涉及所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，包括以下步驟：

7、(a)將各原料真空熔煉后制成合金鑄錠；

8、(b)采用單輥甩帶法將所述合金鑄錠進(jìn)行非晶成型處理。

9、所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，方法簡(jiǎn)單可行，易于量產(chǎn)化操作工藝，制備得到的鎳基非晶釬料性能優(yōu)異。

10、本發(fā)明的另一個(gè)方面，還涉及所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料或所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法制備得到的鎳基非晶釬料在釬焊高氮鋼與鈦中的應(yīng)用。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

12、(1)本發(fā)明提供的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，基于ni-ti二元相圖選取共晶點(diǎn)，釬料成分在ni-ti共晶成分附近，可達(dá)到大的過(guò)冷區(qū)，易實(shí)現(xiàn)液態(tài)結(jié)構(gòu)的“凍結(jié)”，使得釬料具備優(yōu)異非晶形成能力，即超塑區(qū)；本發(fā)明通過(guò)原子替換減少了釬料中ti元素含量，可有效減少接頭中鈦基脆性金屬間化合物生成，顯著提高釬焊接頭強(qiáng)度，可達(dá)到550～650mpa。

13、(2)本發(fā)明提供的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，表面光亮，邊緣整齊，具有成分均勻、韌性好、潤(rùn)濕性佳等特點(diǎn)，有利于窄間隙焊接件的填隙和釬焊。

14、(3)本發(fā)明提供的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，組元為nitizrcrv系，有別于傳統(tǒng)的nicrsib系，釬料中ti元素可形成良好的固溶體，zr元素可降低熔點(diǎn)及提高力學(xué)性能，v元素可提高釬料潤(rùn)濕性和流動(dòng)性。釬縫組織中tife、tife2脆性金屬間化合物較少，多為鈦基固溶體，極大提高了高氮鋼/鈦接頭剪切強(qiáng)度。

15、(4)本發(fā)明提供的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，方法簡(jiǎn)單可行，易于量產(chǎn)化操作工藝，制備得到的鎳基非晶釬料性能優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，其特征在于，所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的厚度為50～60μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，其特征在于，所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的熔點(diǎn)為1035～1064℃。

5.如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，其特征在于，所述真空熔煉進(jìn)行4～6次。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法，其特征在于，所述單輥甩帶法的銅輥旋轉(zhuǎn)速度為30～35m/s。

8.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料或權(quán)利要求5～7任一項(xiàng)所述的高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料的制備方法制備得到的鎳基非晶釬料在釬焊高氮鋼與鈦中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述釬焊的溫度為1050～1150℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述釬焊得到的釬焊接頭的剪切強(qiáng)度為550～650mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及高氮鋼與鈦釬焊的領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料及其制備方法和應(yīng)用。所述高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：Ni?45wt％～55wt％、Ti10wt％～18wt％、Zr?11wt％～22wt％、Cr?10wt％～15wt％和V?5wt％～15wt％。所述高氮鋼與鈦連接用的鎳基非晶釬料，具有非晶成形能力好，釬焊接頭脆性化合物形成少、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于高氮鋼和鈦的釬焊連接。

技術(shù)研發(fā)人員：王星星,施建軍,潘昆明,李花兵,龍偉民,于華,王青川,賈連輝,馮浩,溫國(guó)棟,陳金虎,方乃文,原志鵬,楊冠軍,陳小明,田宏杰,凌自成,謝旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北水利水電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5