一种含活性元素Ti适合钎焊钼及其合金的锰基钎料

摘要

本发明属于焊接技术领域，即提供了一种含活性元素Ti适合钎焊钼及其合金的锰基钎料MnNiCoCrCuTi合金，它的合金组分及重量比为：Ni 15.0～40.0％ Cu 4.0～36.0％ Co 0～16.0％ Cr 0～13.0％ Ti 0.01～2.0％余量为Mn。本发明的钎料熔化温度920℃～1135℃，钎焊温度1000℃～1200℃，适用于钼及其合金的同质真空钎焊，也适用于钼及其合金与不锈钢异种金属之间的真空钎焊。因为含有少量活性元素Ti，使得钎料与钼及其合金能够很好地润湿、充分地填缝，保证钎焊接头的健全性。焊后钼及其合金母材晶粒无明显长大，构件精密度高、焊缝致密、接头牢固、可在600℃～800℃稳定使用。

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种含活性元素Ti适合钎焊钼及其合金的锰基钎料MnNiCoCrCuTi合金。它适用于钼及其合金的同质真空钎焊，也适用于钼及其合金与不锈钢异种金属之间的真空钎焊。

背景技术

钼及其合金具有良好的导热性、导电性、低膨胀系数、高温强度、低蒸气压和耐磨损等特性，可以应用到很多领域。钼及其合金在电子设备中的应用最为广泛，常用于制造照明及电子管构件、微波设备的内部构件、高性能电子插件及散热装置、医疗电子设备、X-射线管内部元件(靶、支架和隔热屏)等；在航空和宇航工业中常用于制造耐高温构件，如发动机的燃气轮叶片、喷嘴、宇宙飞行器的蒙皮、火焰挡板等；在核工业中常用于制造热交换器和支撑格栅等；此外，在化学工业、模具制造业等领域也得到了应用。

钼及其合金的钎焊是生产中常用的焊接方法。钎焊钼及其合金时，钎料的选择主要取决于钼及其合金构件的使用温度。工作温度低于500℃时，钼及其合金的钎焊可在钼及其合金上先镀镍或镀铜，再用普通的银基或铜基钎料进行钎焊，钎焊温度通常在1000℃以下，但镀层工艺复杂，在钎焊时镀层易剥落，常导致钎焊接头力学性能降低。工作温度在500℃～800℃时，钼及其合金的钎焊可以采用锰基或镍基钎料进行真空钎焊，钎焊温度通常在1000℃～1500℃，但这两种钎料对钼及其合金的润湿性不好，导致钎料在钼及其合金表面铺展困难，填充间隙不充分，在一定程度上会影响钎焊接头的力学性能。工作温度高于800℃时，钼及其合金的钎焊通常采用钛基或者其他高熔点的纯金属钎料，进行真空钎焊，钎焊温度大多在1500℃以上。钼及其合金与不锈钢异种金属之间的钎焊所使用的钎料比较少见，一般采用PdNi合金钎料和CoPd合金钎料，钎焊温度在1300℃～1350℃。

在现有的钎焊技术中，钼及其合金高温构件的钎焊温度大多超过1200℃，而钼及其合金的再结晶温度区间在1150℃～1200℃，钎焊温度超过再结晶温度会引起钼及其合金晶粒长大及接头脆化，导致接头力学性能降低，并且温度过高也会使被焊构件的变形量增大，影响焊后构件的精密度，所以最好在钼及其合金的再结晶温度以下钎焊。

因此，钎焊温度在1000℃～1200℃的锰基合金钎料就引起了人们的注意。锰基钎料具有较高的室温和高温强度，较好的抗氧化性能和耐腐蚀性能，对不锈钢具有良好的润湿性，无明显的溶蚀和晶间渗入现象，钎焊后焊缝致密，钎焊接头牢固。但锰基钎料对钼及其合金的润湿性不好，用于钼及其合金与不锈钢异种金属之间钎焊时会影响钎焊接头的力学性能。

目前，在钎焊钼及其合金的现有技术中，存在上述问题，不利于拓宽钼及其合金构件的工程应用。因此，开发和制造可钎焊钼及其合金的中温、活性钎料合金很有实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种含活性元素Ti适合钎焊钼及其合金的锰基钎料MnNiCoCrCuTi合金，其对钼及其合金的钎焊特性优良。在真空环境中，钎焊温度1000℃～1200℃条件下，完成构件的高可靠钎焊连接工艺。它适用于钼及其合金的同质真空钎焊，也适用于钼及其合金与不锈钢异种金属之间的真空钎焊。焊后构件精度高、焊缝致密、接头牢固、可在600℃～800℃稳定使用。

本发明含活性元素Ti适合钎焊钼及其合金的锰基钎料，其特征在于合金元素的重量百分比为：

Ni 15.0～40.0％Cu 4.0～36.0％Co 0～16.0％Cr 0～13.0％Ti 0.01～2.0％Mn余量。

锰的熔点较高为1243℃，并且对钼及其合金的润湿性不好。因此，本发明的钎料在锰的基体上还添加一些适合的金属元素，以获得适用的钎料合金。本发明使用合金元素以及它们的效果描述如下：

Ti：加入少量的活性元素Ti，可以提高钎料的活性，使钎料对钼及其合金母材有良好的润湿性，促进钎料与钼及其合金母材的反应，达到冶金结合的目的。本发明的实践表明，Ti含量低于0.01％达不到良好的润湿效果，而含量大于2.0％则会导致钎料中脆性相的增多，影响钎料的加工性能，达不到使用技术要求。因此，本发明将其在钎料中的添加量确定在0.01～2.0％范围内。

Ni：镍作为钎料中的主要元素，其作用是降低钎料的熔点。根据Mn-Ni二元合金相图可知，锰和镍可形成固溶体，当w(Ni)为40％时，合金的熔点最低为1005℃。因此，本发明限定该合金钎料中含镍量的上限为40％。锰基钎料就是以为Mn-Ni合金为基体，加入不同的合金元素组成的。

Cu：根据Mn-Cu二元合金相图可知，铜降低锰的熔点效果显著，并且铜和锰能够形成无限固溶体，因而可提高钎料的冷加工性能。但是，随着铜含量的增加，合金钎料的熔点显著降低，会影响焊缝的高温强度。因此，本发明限定该合金钎料中含铜量的上限为36％。

Cr：添加铬可以提高合金钎料的抗氧化性和耐腐蚀性，但是随着铬含量的增加，合金钎料的熔点升高。因此，本发明限定该合金钎料中含铬量的上限为13％。

Co：添加钴可以提高合金钎料的高温强度和耐腐蚀性，但是随着钴含量的增加，合金钎料中会形成脆性金属间化合物，影响合金钎料的加工性能。因此，本发明限定该合金钎料中含钴量的上限为16％。

本发明的合金钎料适用于钼及其合金的同质真空钎焊，也适用于钼及其合金与不锈钢异种金属之间的真空钎焊。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明的合金钎料对钼及其合金的润湿性良好。锰基钎料对钼及其合金的润湿性较差，由于本钎料中含有活性元素Ti，因此显著减小熔融钎料与钼及其合金的润湿角，改善钎料对被焊母材的润湿性。

2、本发明合金钎料的钎焊温度适中。本发明的合金钎料熔化温度920℃～1135℃，钎焊温度1000℃～1200℃，对设备的要求不高，在常用的中温真空钎焊炉中均可完成钎焊，避免了钼及其合金晶粒的长大倾向，提高了钎焊接头的塑性，同时也减少了构件因温度过高所引起的变形量，提高了焊后构件的精密度。

3、使用本发明的合金钎料钎焊后，钎焊接头的力学性能良好。因为Mo与Ni、Mn、Co、Cr均可以形成固溶体，随着母材向钎料中的溶解和钎料合金元素向母材中的扩散发生反应，能形成牢固的冶金结合。钎焊后，母材钼及其合金的晶粒无明显长大现象，焊缝致密(详见附图说明)、接头牢固、可在600℃～800℃稳定使用。

附图说明

图1为使用本发明的活性锰基钎料钎焊不锈钢与钼异种金属之间的焊缝金相组织(左侧是不锈钢，中间是焊缝，右侧是钼)。

具体实施方式

本发明针对钼及其合金的特点，以Mn为基体，加入Ni、Cu降低合金钎料熔点，加入Cr、Co提高合金钎料的高温性能和抗腐蚀能力，加入活性元素Ti提高钎料对钼及其合金的润湿性，配置出一种工艺性能优良的活性锰基钎料合金。该合金钎料的成分为：Ni 15.0～40.0％Cu 4.0～36.0％Co 0～16.0％ Cr0～13.0％Ti 0.01～2.0％Mn余量。将配好的材料用真空感应炉熔炼，然后浇注成铸锭，经锻造、热轧、冷轧后，可以制成箔材使用。

下面结合实例对本发明作进一步说明。

实例1：配制一种成分为Ni 23.0％Cu 5.0％Co 6.0％Ti 0.5％，其余为Mn的合金钎料，在真空中熔炼铸造，铸锭经锻造、热轧、冷轧得到一种延展性良好、高温强度较好的活性锰基钎料片材。

用该钎料进行钼的同质真空钎焊时，采用搭接钎焊接头，在钎缝间隙内预置钎料片，钎焊温度1120℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温10min。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材钼晶粒无明显长大现象，接头牢固，焊缝的剪切强度可达267MPa。该钎料中含钴，因而高温强度较好，可在650℃～750℃稳定使用。

实例2：配制一种成分为Ni 23.0％Cu 5.0％Co 16.0％Ti 1.5％，其余为Mn的合金钎料。用该钎料进行TZM合金的同质真空钎焊时，采用搭接钎焊接头，在钎缝间隙内预置钎料片，钎焊温度1200℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温15min。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材晶粒无明显长大现象，接头牢固，焊缝的剪切强度可达283MPa。该钎料中钴含量较高，对高温强度提高较大，因而可在700℃～800℃稳定使用。

实例3：配制一种成分为Ni 35.0％Cr 6.0％Cu13.0％Co 5.0％Ti 1.0％，其余为Mn的合金钎料。用该钎料钎焊钼和不锈钢，采用管件的套接钎焊接头，钎焊温度1120℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温15min，钎料预置在被焊母材钼表面，钎料熔化后在母材表面润湿、铺展，借助毛细作用填充焊缝。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材钼晶粒无明显长大现象，钎焊构件精度高，接头牢固，焊缝的剪切强度可达227MPa，可在600℃～700℃稳定使用。该钎料中添加了铬元素，因而具有较好的抗氧化性能。

实例4：配制一种成分为Ni 35.0％Cr 12.0％Cu 13.0％Co 5.0％Ti2.0％，其余为Mn的合金钎料。用该钎料进行钼的同质真空钎焊时，采用搭接钎焊接头，在钎缝间隙内预置钎料片，钎焊温度1150℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温10min。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材钼晶粒无明显长大现象，接头牢固，焊缝的剪切强度可达246MPa，可在600℃～700℃稳定使用。该钎料提高了含铬量，因而具有更好的抗氧化性能。

实例5：配制一种成分为Ni 27.0％Cu 20.0％Ti 1.5％，其余为Mn的合金钎料。用该钎料钎焊钼和不锈钢，采用管件的套接钎焊接头，钎焊温度1060℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温15min，钎料预置在被焊母材钼表面，钎料熔化后在母材表面润湿，借助毛细作用填充焊缝。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材晶粒无长大现象，钎焊构件精度高，接头牢固，焊缝的剪切强度可达203MPa。该钎料铜含量较高，因而熔点较低，钎焊温度较低。

实例6：配制一种成分为Ni 22.0％Cu 36％Ti 2.0％，其余为Mn的合金钎料。用该钎料钎焊钼和不锈钢，采用管件的套接钎焊接头，钎焊温度1000℃，真空度2～3×10^-2Pa，保温15min，钎料预置在被焊母材钼表面，钎料熔化后在母材表面润湿，借助毛细作用填充焊缝。钎焊后，钎料填满钎缝间隙并在钎缝周围形成钎角，被焊母材晶粒无长大现象，钎焊构件精度高，接头牢固，焊缝的剪切强度可达186MPa。该钎料铜含量更高，熔点更低，因而钎焊温度可以更低，适合于多级钎焊中的末级钎焊。