用于TLP焊接DD6镍基单晶高温合金的中间层合金及制备方法

摘要

本发明公开一种用于TLP方法焊接DD6镍基单晶高温合金的中间层合金，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，总的百分比为100％，其中：B为3％-3.6％、Co为3％-4.5％、Cr为1％-2％、W为2.5％-4％、Al为1.5％-3％、Mo为1.5％-3％，余量为Ni。本发明还公开该种中间层合金箔材的制备方法，通过分步熔炼，再应用单辊快速凝固装置制备，得到中间层合金箔材。本发明的中间层合金柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与DD6镍基单晶高温合金匹配性好、钎缝呈单晶形貌组织；该种中间层合金箔材的制备方法，工艺简单，制作成本低。

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种用于TLP方法焊接DD6镍基 单晶高温合金的中间层合金，本发明还涉及该中间层合金的制备方法。

背景技术

镍基单晶高温合金具有良好的热稳定性、热强性和高温组织稳定性能， 已成为航空、航天发动机涡轮叶片的关键材料。基于散热及节能考虑，航空 发动机涡轮叶片常设计成中空结构，这种复杂结构的制造不可避免地涉及到 焊接问题。

DD6是中国制造的第二代镍基单晶高温合金。DD6高温合金熔化焊易 产生焊缝热裂纹，钎焊接头强度低下。过渡液相扩散焊接方法(Transient  Liquid Phase Diffusion Bonding，简称TLP方法焊接)，既兼顾钎焊工艺的便 捷性，又具有熔焊的高性能冶金结合特点，是合适的镍基单晶高温合金的焊 接方法。除却焊接工艺因素之外，中间层合金的成分及其使用形式对TLP 焊接头组织及焊接质量具有重要影响。依据DD6单晶化学成分及性能匹配 性要求，设计中间层合金成分，制备合金箔材，并将其用于DD6单晶高温 合金的TLP焊工艺中，对提高航空发动机涡轮叶片的质量性能具有重要的意 义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于TLP方法焊接DD6镍基单晶高温合金的 中间层合金，该种中间层合金具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性，而且固相 线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的焊接接头。

本发明的另一目的在于提供一种上述中间层合金的制备方法。

本发明采用的技术方案是，我最后写

本发明采用的另一技术方案是，我最后写

本发明的中间层合金，具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能， 而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的 焊接接头；中间层合金柔韧性能好，便于加工和装配。该中间层合金的制备 方法步骤简单，容易操作，制作成本低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的用于TLP方法焊接DD6镍基单晶高温合金的中间层合金，按 原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，总的百分比为100％，其 中：B为3％-3.6％、Co为3％-4.5％、Cr为1％-2％、W为2.5％-4％、Al 为1.5％-3％、Mo为1.5％-3％，余量为Ni。

在本发明的中间层合金成分中，各组分及含量限定理由是：

欲获得组织及性能与母材金属相匹配的焊接接头，中间层合金所含的元 素种类应与母材成分相似或相近。TLP焊DD6单晶用中间层合金中含有W、 Cr、Co、Mo和Al等元素。除此之外，TLP焊过程的顺利进行须以元素的 扩散为前提，中间层合金中的降熔元素须具备扩散速度快的特性。硼原子半 径小，其扩散速度快。除了降熔作用，其还是主要的扩散元素。

合金元素含量的确定，除了满足焊缝与母材等强性匹配要求之外，还应 考虑合金元素与降熔、扩散元素之间的相互作用。合金元素是否形成硼化物 以及形成硼化物的稳定性是确定合金元素含量的关键。

本发明前述的中间层合金的制备方法，按照以下步骤实施，

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配中间母合金：

A1、按原子百分比称量好以下各高纯金属：总的百分比为100％，其中： B为3％-3.6％、Co为3％-4.5％、Cr为1％-2％、W为2.5％-4％、Al为1.5 ％-3％、Mo为1.5％-3％，余量为Ni，所有各高纯金属的纯度均高于99.99 ％；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；

A2、将步骤A1净化处理好的Ni均分为三份，每份Ni与其他高纯金属 分别按照Ni-Co-Cr、Ni-Al、Ni-B-W的组合分组进行熔配，得到三组中间过 渡合金；

A3、将步骤A2得到的三组中间过渡合金放在一起进行二次熔配，得 到中间母合金；

步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-10m/s，将步 骤A3得到的中间母合金制备成箔材，得到厚度为30-80μm，宽为5-8mm， 长为1-2m的中间层合金箔材。

用本发明的中间层合金箔材，通过TLP方法焊接DD6镍基单晶高温合 金试样，先将中间层合金箔材置于两个待焊DD6母材之间，两个DD6试 样的晶体生长位向必须一致，且接头装配位置严格垂直于母材单晶生长方 向；然后按照TLP焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和缓冷，从而实 现DD6镍基单晶高温合金之间的连接，DD6镍基单晶高温合金的TLP焊接 工艺参数为：焊接温度1200℃，保温时间4-8h，焊接压力0.2-0.5MPa，真 空度5×10^-2Pa。加热规范为：以10℃/min的升温速度加热至1000℃，保温 30min；焊接温度1200℃，保温到设定温度后随炉冷却至室温。使用本发明 的中间层合金箔材进行DD6单晶高温合金的TLP连接，与现有工艺操作条 件相似，工艺简单，操作方便。

下表1中列举了具体实施例1-5中的各个组分含量。

表1实施例1-5中的各个组分含量表

实施例1：

依照表1中实施例1的数据称量各组分元素含量，并按照以下步骤实施：

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：

A1、用硼酐将称量好的各高纯金属分别进行净化处理；

A2、将步骤A1净化处理好的Ni均分为三份，每份Ni与其他高纯金属 分别按照Ni-Co-Cr、Ni-Al、Ni-B-W的组合分组进行熔配，得到三组中间过 渡合金；

A3、将步骤A2得到的三组中间过渡合金放在一起进行二次熔配，得到 中间母合金；

步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5m/s，将步骤 A3得到的中间母合金制备成箔材，中间层合金箔材厚度为30-80μm，宽 5-8mm，长1-2m。

本实施例1所制备得到的中间层合金的熔点为1070-1074℃，将该实 施例1的中间层合金箔材应用于TLP方法中，焊接DD6镍基单晶高温合金 试样，焊接工艺参数为：焊接温度1200℃，保温时间6h，焊接压力0.3MPa， 真空度5×10^-2Pa。加热规范为：以10℃/min的升温速度加热至1000℃，保 温30min；焊接温度1200℃，保温6h，随炉冷却至室温。获得的焊接接头 组织与母材匹配性好。

实施例2：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例2的数据称量 各组分元素及含量，制备出厚度为30-80μm，宽5-8mm，长1-2m。将本实 施例2所制备得到的中间层合金箔材应用于TLP方法中，焊接DD6镍基单 晶高温合金试样，焊接工艺参数为：焊接温度1200℃，保温时间8h，焊接 压力0.3MPa，真空度5×10^-2Pa。加热规范为：以10℃/min的升温速度加热 至1000℃，保温30min；焊接温度1200℃，保温8h，随炉冷却至室温。获 得的焊接接头组织与母材匹配性好，焊缝为单晶形态组织。

实施例3：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例3的数据称量 各组分元素及含量，制备出厚度为30-80μm，宽5-8mm，长1-2m。将本实 施例3所制备得到的中间层合金箔材应用于TLP方法中，焊接DD6镍基单 晶高温合金试样，焊接工艺参数为：加热规范为：以10℃/min的升温速度 加热至1000℃，保温30min；焊接温度1200℃，保温时间5h，焊接压力 0.4MPa，真空度5×10^-2Pa，随炉冷却至室温。获得的焊接接头组织与母材 相匹配。

实施例4：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例4的数据称量 各组分元素及含量，将本实施例1所制备得到的中间层合金箔材应用于TLP 方法中，焊接DD6镍基单晶高温合金试样，焊接加热规范为：以10℃/min 的升温速度加热至1000℃，保温30min；焊接温度1200℃，保温7h，焊接 压力0.4MPa，真空度5×10^-2Pa，随炉冷却至室温。获得的焊接接头组织与 母材相匹配。

实施例5：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例5的数据称量 各组分元素及含量，将本实施例1所制备得到的中间层合金箔材应用于TLP 方法中，焊接DD6镍基单晶高温合金试样，焊接工艺参数为：加热规范为： 以10℃/min的升温速度加热至1000℃，保温30min；焊接温度1200℃，保 温时间7h，焊接压力0.5MPa，真空度5×10^-2Pa，随炉冷却至室温。获得的 焊接接头组织与母材相匹配。

综上所述，本发明的中间层合金，合金箔材柔韧性好，便于加工和装配； 该中间层合金箔材应用于TLP焊接DD6镍基单晶高温合金试样中，与DD6 镍基单晶高温合金的组织匹配性好、焊缝具有单晶组织；该种中间层合金箔 材的制备方法，工艺简单，制作成本低，便于推广。