專利名稱：一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
石墨是一種具有低原子量的高強(qiáng)度材料。它具有相對(duì)密度較低，熱傳導(dǎo)性高，熱容量高以及抗沖擊性優(yōu)良的性質(zhì)，同時(shí)還具有升華點(diǎn)較高(3850°C)的一系列優(yōu)異的特性。使得其成為唯一可用于高達(dá)2800°C的高溫材料而廣泛應(yīng)用于能源、航空航天、電子等領(lǐng)域。鈦及鈦合金是一種新型輕質(zhì)合金材料，它具有較高的比強(qiáng)度、耐高溫和抗腐蝕性等一系列優(yōu)良性能。石墨與鈦合金的焊接件同時(shí)具備兩者的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍工、民用科技方面有很廣闊的發(fā)展前景。但石墨與鈦合金的焊接問(wèn)題以及焊接強(qiáng)度是目前急需解決的問(wèn)題。石墨材料與鈦合金的焊接，可以選用兩種方法:1.使石墨表面金屬化，再用普通的常規(guī)釬料對(duì)其釬焊；2.用含有活性元素T1、Zr、Pd等的釬料直接對(duì)石墨/鈦合金進(jìn)行連接。石墨金屬化工藝復(fù)雜、技術(shù)難度高，加之成本高昂，使得目前大多數(shù)研究者傾向于第二種焊接方法，釬料中的活性元素Ti可與石墨中的C元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成TiC，增強(qiáng)兩者之間的連接。目前研究的Ag基合金，其焊接件的使用溫度較低(不到400°C);T1-Ni釬料合金，焊接溫度高達(dá)1420°C，并且在高溫下Ti跟石墨反應(yīng)異常激烈，可生成很厚的碳化層，容易由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生JiZ rNiCu四元合金釬料成分復(fù)雜，容易形成多種共晶化合物，使得接頭強(qiáng)度降低，并且Zr元素的擴(kuò)散能力較低，對(duì)接頭連接性能起作用不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金，能改善石墨與鈦合金之間的物理和化學(xué)相容性，提高連接件之間的連接強(qiáng)度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的合金元素重量百分比為:Ti 50 65%、Cu 30 45%、Si 5 10%。本發(fā)明的另一目的是提供一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金的制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的方法包括以下步驟:I)按重量百分比為:Ti 50 65%、Cu 30 45%、Si 5 10%配料；2)在真空度為5Χ1(Γ3 8Xl(T3Pa、電弧電流1100 1300A下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌I 3分鐘，再冷卻。本發(fā)明加入T1、Si元素，與石墨反應(yīng)形成TiC和SiC化合物，由于TiC的熔點(diǎn)高達(dá)3150°C，在高溫下具有高強(qiáng)度，是接頭獲得高重熔溫度和高溫機(jī)械性能的重要原因，同時(shí)生成TiC的反應(yīng)，可以降低液態(tài)金屬與石墨之間的界面能，從而大大改善液態(tài)釬料和石墨之間的潤(rùn)濕性；在高溫條件下，生成的SiC (俗稱金剛砂，熔點(diǎn)為2730°C)的硬度介于剛玉(莫氏硬度為9.0)和金剛石(莫氏硬度為10)之間，具有很好的高溫機(jī)械性能。因此，從石墨側(cè)到鈦合金側(cè)的化合物形成的梯度層依次主要為:C/TiC+SiC/TiSi+Ti5Si3+Ti2Cu /Ti，TiC和SiC能改善連接合金對(duì)石墨材料的化學(xué)相容性。本發(fā)明加入Cu元素,能降低釬料合金的熔化溫度，與鈦合金反應(yīng)生成Ti2Cu,提高與鈦合金的連接強(qiáng)度，并且Cu基固溶體的存在可以阻礙或延緩裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高街頭性能有利，同時(shí)改善釬料合金對(duì)鈦合金的物理相容性。本發(fā)明的方法采用真空電弧熔煉(溫度控制)和電磁攪拌能確保合金成分的均勻性。綜上所述，本發(fā)明能夠優(yōu)化合金成分，在反應(yīng)界面處形成多種高溫機(jī)械性能良好的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。由于Cu的加入，使得合金熔融溫度范圍為(1100 1200)°C，有效降低釬焊溫度；同時(shí)由于眾多高溫相(TiC熔點(diǎn)為3150°C;SiC熔點(diǎn)為2730°C;Ti2Cu熔點(diǎn)為990°C)的生成，提高了焊接接頭的使用溫度。合金中，Ti與Si元素能與石墨基體形成TiC和SiC高溫高強(qiáng)化合物，Cu與鈦合金生成Ti2Cu,分別增強(qiáng)了合金與石墨/鈦合金之間的連接性能，改善與兩者之間的理化相容性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1首先，按重量百分比:Ti 50%、Cu 45%、Si 5%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度6X 10_3Pa、電弧電流1100A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌3分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。實(shí)施例2首先，按重量百分比:Ti 50%, Cu 40%, Si 10%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度8X 10_3Pa、電弧電流1300A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌I分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。實(shí)施例3 首先，按重量百分比:Ti 55%、Cu 40%、Si 5%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度5X10_3Pa、電弧電流1200A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌1.5分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。實(shí)施例4首先，按重量百分比:Ti 60%、Cu 32%、Si 8%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度6X 10_3Pa、電弧電流1250A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌3分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。實(shí)施例5首先，按重量百分比:Ti 60%, Cu 30%, Si 10%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度8X 10_3Pa、電弧電流1300A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌2分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。實(shí)施例6首先，按重量百分比:Ti 65%、Cu 30%、Si 5%配比成合金原料。其次，將合金原料置于真空電弧熔煉爐內(nèi)，真空度5.8X 10_3Pa、電弧電流1100A產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌I分鐘使合金成分均勻，冷卻。最后，將制得的合金塊機(jī)械線切割或熱軋至需要的箔、板材；或者采用 快速冷凝技術(shù)將合金塊制備成金屬合金粉末即得本發(fā)明的石墨與鈦合金用連接合金。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金，其特征在于，合金元素重量百分比為:Ti 50 65%、Cu 30 45%、Si 5 10%。
2.一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按重量百分 比為:Ti50 65%、Cu 30 45%、Si 5 10%配料； 2)在真空度為5X10—3 8X10_3Pa、電弧電流1100 1300A下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌I 3分鐘，再冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)石墨與鈦合金釬焊用合金及其制備方法。合金元素重量百分比為Ti 50～65%、Cu 30～45%、Si 5～10%。該合金的制備方法包括按重量百分比為Ti 50～65%、Cu 30～45%、Si 5～10%配料；在真空度為5×10-3～8×10-3Pa、電弧電流1100～1300A下進(jìn)行真空電弧熔煉，電磁攪拌1～3分鐘，再冷卻。本發(fā)明能夠優(yōu)化合金成分，在反應(yīng)界面處形成多種高溫機(jī)械性能良好的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，有效降低釬焊溫度，提高焊接接頭的使用溫度。
文檔編號(hào)B23K35/32GK103173654SQ20131011079
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者曾凡浩, 袁鐵錘, 吳浩波 申請(qǐng)人:中南大學(xué)