專利名稱：：用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金及制備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及鎳基高溫合M接過程時中間層合金的設計，特別提供了一種用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金及其制備方法。
背景技術：
：瞬態液相連接(Transientliquidphasebonding),簡稱1LP連接，是一種有效連接高溫合金的連接技術。TLP連接工藝的一個重要特色是在被連接的表面之間所放置的中間層合金成分設計及其物理特性。中間層合金必須在低于基體金屬熔點的纟鵬下熔化，與基體金屬接觸但不會受到有害(雜質)的影響。它的成分和數量必須滿皿接區域能在連接溫度下凝固，并且在化學成分和微觀結構上具有與母材相一致的特性。目前，用于高溫合錢接的中間層合金主要有下面兩種類型。(1)使用主組元和母材的基本金屬相同的共晶類合金或相對簡單的三元或四元合金，如M-B,Ni-Cr-B,Ni-Cr-P,Ni-Cr-Si-B等o這些中間層合金廣泛地用于多種材料的焊接。(2)以現有的鎳基高溫合金成分作為基本成分，加入降熔點元素以獲得具有理想熔點的中間層合金。為了提高接頭的均勻性，中間層合金的成分需要合理地接近戶，接的基體金屬的合金成分，并加入降熔點元素，以便得到合適的熔化溫度。同時要有意地從中間層合金中去掉鎳基高溫合金基體中通常存在的鋁、鈦等元素，這些合金元素會使TLP連接過程中形成有害相。接頭區中的鋁、鈦可依靠從母材向接頭區的擴散而得到補償。這種方法可以獲得化學成分類似于基材的鎳基高熔點中間層合金。
發明內容本發明的目的在于提供一種用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金(Ni-Cr陽Co-W-Mo-Ta畫B)及其制備方法，利用這種合金對單晶高溫合金TLP連接后，接頭的室溫和高溫拉伸強度以及持久強度均與基體金屬相當。本發明的技術方案是一種用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中間層合3金，按質量百分比，化學成分為Cr57%，Co46%，W57%，Mol3%，Ta24%，B3.54%，其余為Ni。所述中間層合金的制備方法，具體步驟如下1、用純度大于99%wt的鎳、鉻、鈷、鴇、鉬、鉭以及鎳硼合金按所設計的合金成分配料；2、將配置的合金在真空感應爐中熔煉，并將液態合金澆鑄成合金錠作為母合金；3、利用超聲氣體霧化法制備Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B金屬粉末，粒度為30本發明中，鎳基中間層合金粉末的熔俗鵬在103(M145"C之間，TLP連接溫度至少應高于完全熔化溫度3060°C。本發明鎳基中間層合金適用于常用鎳基單晶高溫合金的瞬態液相連接。本發明具有如下優點1、本發明禾傭硼作為降熔點元素，只需少量的硼(4%)即能使鎳基中間層合金獲得合適的熔化^it，滿足TLP連接對中間層合金熔化溫度的要求。同時，硼的原子半徑很小，擴tfel度高，中間層合金中的硼向母材的快速擴散可使中間層合金與母材之間aii達到成分的均勻化，并且避免在接頭中形成有害的第二相。2、本發明禾傭超聲氣4樣化法制備Ni-Cr-CoW-Mo-Ta-B金屬粉末，合金成分均勻。3、本發明用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金后，接頭的室溫和高溫拉伸強度以及持久強度均與基體金屬相當。圖1為Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的SEM顆粒形貌。圖2為Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的XRD譜。圖3為Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉的差熱分析曲線。圖4為TLP接頭經均勻化處理后接頭區i或和基體上/形貌；(a)連接區，(b)基體區。圖5為Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中間層合金TLP連接后的接頭與母材高顯和室溫拉伸強度比較。具體實施例方式以下通過實例詳述本發明用純度大于99%Wt的鎳、鉻、鈷、鎢、鉬、鉭以及f對朋合金，按所設計的成分配比稱量混合后，按質量百分比，化學成分如下Cr6%，Co5%，W6%，Mo2%，Ta3%，B3.8%，其余為Ni。在真空感應爐中熔煉，將液態合金澆鑄成約3千克的合金錠作為母合金用于超聲氣體氣體霧化。在超聲氣體霧化裝置中，熔化后的合金液流經霧化噴嘴時，在高壓氣體撞擊下破碎成小液滴，此時小液滴與氣體發生熱交換，并在隨后的飛行過程中凝固成球形成分均勻的合金粉末。選取粒度為3050pm的合金粉末作為實驗樣品。本實施例的中間層合金，用于瞬態液相連接的鎳基單晶高溫合，材牌號可以為DD98。霧化后得到的Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B粉，其顆粒為比較規則的球形，如圖1所示。X射線分析分析表明，合金粉末的組成相為M23B6和鎳基固溶體Y(圖2)。圖3為Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金的DTA分析曲線，合金在103(TC開始熔化，在1145X:完全熔化。中間層合金的熔化驗直接關系到連接時所選擇的工藝參數，TLP連接溫度至少應高于完全熔化溫度3060°C。單晶鎳基高溫合金是f[Ni3(Al,Ti)]沉淀強化合金，/相的形i樹合金性能有重要影響。圖4為TLP接頭經1250。C/16h均勻化處理后接頭區域和基體的Y'形貌，由圖可見，經過均勻化處理后，接頭與基體的/在大小和形態上基本一致。圖5為TLP連接后的接頭與母材在高溫和室纟顯下拉伸斷裂^it結果，利用中間層合金TLP連接后合金的力學性能如下室溫拉伸時，TLP連接試樣的斷裂強度為1046MPa;母材試樣的斷裂強度為1020MPa;T40(TC拉伸時，TLP連接試樣的斷裂強度為1021MPa;母材試樣的斷裂強度為1045MPa;丁=700"拉伸時，TLP連接試樣的斷裂強度為1037MPa;母材試樣的斷裂強度為1073MPa;T二800。C拉伸時，TLP連接試樣的斷裂強度為1123MPa;母材試樣的斷裂強度為1171MPa;T—0(TC拉伸時，TLP連接試樣的斷裂強度為926MPa;母材試樣的斷裂強度為808MPa。5如表1所示，Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中間層合金TLP連接后的接頭與母材在101(TC/248MPa下的持久壽命。可以看到，利用Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B中間層合金TLP連接單晶鎳基高溫合金后，接頭的室溫和高溫拉伸強度以及持久壽命均與基體金屬相當。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1、一種用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金，其特征在于，按質量百分比，化學成分為Cr5～7％，Co4～6％，W5～7％，Mo1～3％，Ta2～4％，B3.5～4％，其余為Ni。2、按照權利要求1所述的用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金，其特征在于，按質量百分比計，其較佳的化學成分為Cr6%，Co5%，W6%，Mo2%，Ta3%，B3.8%，其余為Ni。3、一種權利要求1所述的用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金的制備方法，其特征在于，具體步驟如下第一步，用純度大于99%wt的鎳、鉻、鈷、鴨、鉬、鉭以及働朋合金按所設計的合金成分配茅斗；第二步，將配置的合金在真空感應爐中熔煉，并將液態合金澆鑄成合金錠作為母合金；第三步，利用超聲氣體霧化法制備Ni-OCo-W-Mo-Ta-B金屬粉末，粒度為3050jim。4、按照權利要求3所述的用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金的制備方法，其特征在于金屬粉末為球形，成分均勻。5、按照權利要求3戶服的用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金的制備方法，其特征在于金屬粉末的熔化溫度在10301145"C之間，瞬態液相連接溫度至少應高于完^^熔化，3060°C。全文摘要本發明涉及用于連接技術的中間層合金的設計，特別提供了一種用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金的中間層合金及其制備方法，主要用于鎳基單晶高溫合金的瞬態液相連接。該中間層合金含Ni、Cr、Co、W、Mo、Ta、B等元素，采用真空感應爐中熔煉母合金；采用超聲氣體霧化法制備成鎳基合金粉。本發明中的硼元素是作為降熔點元素加入中間層合金的，以使合金獲得合適的熔化溫度。將本發明中的新型鎳基中間層合金用于瞬態液相連接鎳基單晶高溫合金后，接頭的拉伸強度和持久強度與基體金屬相當，該中間層合金具有實用價值。文檔編號C22C1/05GK101497953SQ20081001028公開日2009年8月5日申請日期2008年1月30日優先權日2008年1月30日發明者常新春,文李,義郭,濤金申請人:中國科學院金屬研究所