AlC陶瓷和金屬鎳或鎳合金的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合金的方法。
【背景技術】
[0002] 材料是現代社會發(fā)展的Ξ大支柱之一，其飛速的發(fā)展和變革是科學技術進步的重 要推動力。同時，人類社會和科學技術的進步也不斷對材料提出新的要求，傳統(tǒng)的鋼鐵材料 和有色金屬材料已經無法滿足新的服役條件和性能要求，特別是在快速發(fā)展的航天航空領 域，對輕質、高強和耐高溫材料的需求越來越強烈。近年來，一種新型的Ξ元碳化物或氮化 物陶瓷成為了眾多材料科學研究者的焦點。1963年Jeitschko等人首次合成了一類具有 M2AX化學式的Ξ元化合物，并測定了其晶體結構。2000年，Barsoum等人對該類化合物進行 了系統(tǒng)的闡述，并將其定義為MAX相:一類熱力學穩(wěn)定的，具有納米層狀結構的Ξ元碳化物 或氮化物。運類陶瓷兼具許多金屬和陶瓷的特性，縮小了金屬與陶瓷之間的鴻溝，克服了金 屬和陶瓷材料各自的局限性。
[0003] 與傳統(tǒng)的高溫合金相比，MAX相陶瓷，尤其是含A1的MAX相作為高溫結構材料具有 獨特的優(yōu)勢。W典型的211相TisAlC為例，其烙點高達1600°C，并且在真空條件下，結構穩(wěn)定 性可W維持到1400°C。與典型的高溫合金相比，TisAlC陶瓷的密度為4.1g/cm3,僅為儀基高 溫合金的一半;其熱導率為46W . nfi · K-i，是儀基高溫合金的四倍。除此之外，TisAlC陶瓷還 具有優(yōu)異的高溫力學性能，其高溫壓縮實驗結果表明，陶瓷在1200°CW上仍可W保持室溫 的彈性模量，并且其抗壓強度達到170M化。其熱震實驗結果表明，當ΔΤ=1300Κ時，基體仍 保持了 75%的強度。與此同時，Α1原子的存在賦予了陶瓷優(yōu)異的抗氧化和抗氣氛腐蝕能力。 實驗結果表明，TisAlC在1000-1300°C之間的氧化增重與氧化時間的立方根的倒數成正比， 在1200°C時其氧化速率僅為l.lXl0-l噸g3·πΓ6·sΛ同時，氧化生成的α-Al203氧化膜和 TisAlC具有近似的熱膨脹系數，因此TisAlC基體與氧化膜的殘余應力小，其循環(huán)抗氧化能力 也十分優(yōu)異。最后，雖然通常裂紋對于其他陶瓷材料都是致命的，但是TisAlC陶瓷不但在常 溫下具有一定的損傷容限，在高溫下由于氧化反應帶來的體積增大效應，裂紋還具有自愈 合能力。由此可見，TisAlC陶瓷有望成為新一代的高溫結構材料，應用于航空發(fā)動機的高溫 零部件、燃氣噴嘴，熱循環(huán)頻繁交替的加熱體及原子能反應堆的覆層材料。
[0004] 根據Ti-A^CS元體系在1300°C的等溫截面相圖可知，TisAlC分別與TiCx和Ti-Al 金屬間化合物處于Ξ元相區(qū)，而單一的TisAlC相區(qū)十分狹窄，運導致在最終合成的TisAlC陶 瓷中總會存在TiCx等雜質，因此目前的制備方法都不適用于合成大尺寸、復雜形狀的塊體 材料。為了克服運一瓶頸，實現TisAlC陶瓷的針焊，尤其是與儀基高溫合金的連接，制成 Ti2AlC-Ni復合構件，可W大大降低構件的比重，提高使用溫度，改善抗腐蝕性能，更好地發(fā) 揮陶瓷與金屬各自的性能優(yōu)勢。截止至目前，國內外關于TisAlC陶瓷針焊的文獻報導比較 少，并且還沒有采用儀基高溫針料針焊TisAlC陶瓷的相關報導。目前的TisAlC陶瓷在針焊過 程中容易發(fā)生分解，焊接結構件服役時的可靠性差。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決目前的TisAlC陶瓷在針焊過程中容易發(fā)生分解，焊接結構件服 役時的可靠性差的技術問題，而提供一種使用BM-2針料針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合 金的方法。
[0006] 本發(fā)明的一種使用BNi-2針料針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合金的方法是按W下 步驟進行的：
[0007] -、準備針焊試樣:采用線切割的方法制備TisAlC陶瓷塊體，然后在預磨機上依次 使用100#、320#、600#、1000#和1500#的水砂紙打磨1'1241邱甸瓷塊體的待焊面，再使用顆粒 度為0.5WI1的金剛石拋光劑進行機械拋光至TisAlC陶瓷塊體的待焊面沒有劃痕，得到TisAlC 陶瓷母材；
[000引采用線切割的方法制備金屬Ni塊體或Ni合金塊體，然后依次使用200#、500#、 1000#和2000#的金相砂紙打磨金屬Ni塊體或Ni合金塊體的待焊面，得到金屬Ni母材或Ni合 金母材；
[0009] 將TisAlC陶瓷母材和金屬Ni母材或Ni合金母材放入丙酬中超聲清洗lOmin，再放 入無水乙醇中超聲清洗lOmin，然后風干，使用有機粘結劑將BNi-2針料粉末調至糊狀，然后 均勻地涂抹在清洗后的TisAlC陶瓷母材待焊面和清洗后的金屬Μ母材或清洗后的Μ合金 母材待焊面，再W針料層為中間層形式裝配成Ξ明治結構，得到待焊件;所述的有機粘結劑 的體積與BNi-2針料粉末的質量比為ImL: 1.5g;
[0010] 二、針焊:將步驟一得到的待焊件放在模具中，然后將模具放在真空加熱爐中，對 待焊件施加5MPa~lOMPa的機械壓力，然后進行抽真空，當爐內的真空度為10-3化時，在爐內 的真空度為l(T3Pa和對待焊件施力日5MPa~lOMPa的機械壓力的條件下將爐內溫度從室溫升 溫至300°C，并在爐內的真空度為l(T3Pa、對待焊件施加5M化~10M化的機械壓力和爐內溫度 為300°C的條件下保溫10min-30min，在爐內的真空度為1〇-3化和對待焊件施力日5MPa~lOMPa 的機械壓力的條件下將爐內溫度從300°C升溫至1000°C~1100°C，并在爐內的真空度為10-3Pa、對待焊件施加5Μ化~10Μ化的機械壓力和爐內溫度為10 00 °C~1100 °C的條件下保溫 15min-60min，然后在爐內的真空度為10-3化和對待焊件施力日5MPa~lOMPa的機械壓力的條 件下W5°C/min的速率將爐內溫度從1000°C~1100°C冷卻至300°C，再在爐內的真空度為 1〇-3化和對待焊件施加5M化~10M化的機械壓力的條件下隨爐冷卻至室溫，即完成使用BNi- 2針料針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合金。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點：
[0012]本發(fā)明提高針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合金焊接結構件服役時的可靠性，同時 采用儀基高溫針料有利于提高接頭的高溫力學性能和抗氧化性，使該焊接結構件有望利用 于高溫領域。
[OOU] (1)、相比于其它含Cu、Al、Au等合金元素的針料，Ni基針料對TisAlC陶瓷穩(wěn)定性的 影響更小，構件在高溫環(huán)境下服役時也越可靠；
[0014] (2)、BNi-2針料在TisAlC陶瓷表面具有良好的潤濕性，獲得針焊接頭致密，沒有孔 桐、裂紋等缺陷；
[0015] (3)、針焊過程中形成的交互作用區(qū)有助于緩解殘余應力，并且在接頭中沒有形成 連續(xù)的金屬間化合物，因此得到的焊接接頭性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明步驟一裝配的Ξ明治結構示意圖，A為TisAlC陶瓷母材，B為針料層，C 為金屬Ni或Ni合金母材；
[0017] 圖2是試驗一針焊后的成品接頭的的圖，區(qū)域A為TisAlC陶瓷母材，區(qū)域B為針 料和TisAlC陶瓷母材的交互作用區(qū)，區(qū)域C為焊縫，區(qū)域D為金屬Ni母材。
【具體實施方式】
[001引【具體實施方式】一:本實施方式為一種使用BNi-2針料針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或 儀合金的方法，具體是按W下步驟進行的：
[0019] -、準備針焊試樣:采用線切割的方法制備TisAlC陶瓷塊體，然后在預磨機上依次 使用100#、320#、600#、1000#和1500#的水砂紙打磨1'1241邱甸瓷塊體的待焊面，再使用顆粒 度為0.5WI1的金剛石拋光劑進行機械拋光至TisAlC陶瓷塊體的待焊面沒有劃痕，得到TisAlC 陶瓷母材；
[0020] 采用線切割的方法制備金屬Ni塊體或Ni合金塊體，然后依次使用200#、500#、 1000#和2000#的金相砂紙打磨金屬Ni塊體或Ni合金塊體的待焊面，得到金屬Ni母材或Ni合 金母材；
[0021] 將TisAlC陶瓷母材和金屬Ni母材或Ni合金母材放入丙酬中超聲清洗lOmin，再放 入無水乙醇中超聲清洗lOmin，然后風干，使用有機粘結劑將BNi-2針料粉末調至糊狀，然后 均勻地涂抹在清洗后的TisAlC陶瓷母材待焊面和清洗后的金屬Μ母材或清洗后的Μ合金 母材待焊面，再W針料層為中間層形式裝配成Ξ明治結構，得到待焊件;所述的有機粘結劑 的體積與BNi-2針料粉末的質量比為ImL: 1.5g;
[0022] 二、針焊:將步驟一得到的待焊件放在模具中，然后將模具放在真空加熱爐中，對 待焊件施加5MPa~lOMPa的機械壓力，然后進行抽真空，當爐內的真空度為10-3化時，在爐內 的真空度為l(T3Pa和對待焊件施力日5MPa~lOMPa的機械壓力的條件下將爐內溫度從室溫升 溫至300°C，并在爐內的真空度為l(T3Pa、對待焊件施加5M化~10M化的機械壓力和爐內溫度 為300°C的條件下保溫10min-30min，在爐內的真空度為1〇-3化和對待焊件施力日5MPa~lOMPa 的機械壓力的條件下將爐內溫度從300°C升溫至1000°C~1100°C，并在爐內的真空度為10-3Pa、對待焊件施加5Μ化~10Μ化的機械壓力和爐內溫度為10 00 °C~1100 °C的條件下保溫 15min-60min，然后在爐內的真空度為10-3化和對待焊件施力日5MPa~lOMPa的機械壓力的條 件下W5°C/min的速率將爐內溫度從1000°C~1100°C冷卻至300°C，再在爐內的真空度為 1〇-3化和對待焊件施加5M化~10M化的機械壓力的條件下隨爐冷卻至室溫，即完成使用BNi- 2針料針焊TisAlC陶瓷和金屬儀或儀合金。
【具體實施方式】 [0023] 二:本實施方式與一的不同點是:步驟一所述的有機 粘結劑是由徑乙基纖維素和蒸饋水混合而成，徑乙基纖維素和蒸饋水的質量比為1:99。其 他與一相同。
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