專利名稱：一種鈦和鈦合金釬焊用釬料及制備方法和釬焊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及釬焊料加工領域，尤其是涉及一種鈦和鈦合金釬焊用釬料，本發(fā)明還涉及該釬料的制備方法以及使用該釬料釬焊鈦基體的方法。
背景技術：
目前，鈦及鈦合金在工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中的應用日益廣泛，由于比重小、強度高、耐腐蝕性腔和生物相容性好，鈦及鈦合金在航空航天、化工、生物醫(yī)藥和民用生活等領域的重要作用不可替代。隨著鈦及鈦合金的大量應用，鈦和鈦合金釬焊用釬料的需求也大幅增長。由于鈦是化學活性極高的金屬，釬焊比較困難，需要在真空或惰性氣體保護下進行釬焊，所用的釬料可分為銀基、鈀金、鈦基和鋁基四大類。由于鈀和銀是稀有貴金屬，國家資源有限，鈀基和銀基釬料價格昂貴，使用受到了價格和資源兩大因素的限制；而鈦基釬料本身比較脆，加工性能差，釬料制備困難，難以滿足批量工業(yè)生產(chǎn)的需要；鋁基釬料釬焊強度低，只能使用在強度要求不高的工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種價格低、加工性能良好和釬焊強度高的鈦和鈦合金釬焊用釬料，本發(fā)明還提供該釬料的制備方法以及采用該釬料釬焊鈦基體的釬焊方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術方案
本發(fā)明所述的鈦和鈦合金釬焊用釬料，它包括含有質(zhì)量百分比計的Ni 22 32% ；Al 1 1. 5% ；Mn 0. 5 1. 0% ；V 0. 3 0. 6% ；Sn 0. 6 1. 0% ；Zr :1· 5 2% ；余量為 Cu。所述原料的質(zhì)量百分配比可以為Ni 24 30% ；Al :1. 1 1. 4% ；Mn :0. 6 0. 9% ；V 0. 4 0. 5% ；Sn 0. 7 0. 8% ；Zr :1. 6 1. 8% ；余量為 Cu。所述原料的質(zhì)量百分配比最好為:Ni :28. 6% ；Al :1. 2% ；Mn :0. 9% ；V :0. 5% ；Sn 0. 7% ；Zr 1. 8% ；余量為 Cu。本發(fā)明釬料的制備方法包括下述步驟
第一步，稱取原材料Cu、Ni以及Cu-Al、Cu-Mn、Ni -V、Cu-Sn和Cu-^ 中間合金，使Ni 元素占總質(zhì)量的22 32%，Al元素占總質(zhì)量的1 1. 5%,Mn元素占總質(zhì)量的0. 5 1. 0%， V元素占總質(zhì)量的0.3 0.6%，Sn元素占總質(zhì)量的0.6 1.0%，^ 元素占總質(zhì)量的1. 5 2% ；余量為Cu元素；
第二步，將上述稱取的原材料Cu和M放入中頻真空冶煉爐坩堝中，關閉真空爐爐蓋， 將中間合金放到真空爐加料盒內(nèi)，抽真空后充入氬氣；然后加熱升溫，當Cu和M完全熔化后依次加入Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Mn、Cu-&和Ni -V中間合金，完全熔化后靜置30分鐘，澆注成釬料鑄錠；
第三步，清除釬料鑄錠氧化皮和冒口，加熱后擠壓成帶狀釬料； 第四步，將帶狀釬料真空退火，軋制加工成釬料箔即可。
使用本發(fā)明釬料釬焊鈦基體的釬焊方法為首先采用加氬氣保護的電容儲能電阻焊方法加熱待焊接的鈦基體和釬料箔，儲能焊機的上下電極通有冷卻水，在上電極上加壓后即可施焊。本發(fā)明釬料中各元素的作用
DCu (銅)和Ni (鎳)與Ti (鈦)具有強烈合金化作用的元素，能在短時間內(nèi)擴散到鈦基體金屬中形成擴散層，得到高強度接頭；
2)Zr (鋯)活性元素，可與Ti形成固體熔體，形成牢固連接；
3)A1(鋁)、Sn (錫)可以降低釬料熔點;
4)Mn (錳)可以提高釬料的強度和潤濕性；
5)V(釩)細化晶粒，提高釬料的高溫強度。本發(fā)明的優(yōu)點在于
該釬料中不含貴金屬鈀和銀，可以大大降低制造成本；釬料加工性能好、退火間加工率大，能軋制成0. Imm的箔帶，制成品比率在80-85%。使用該釬料釬焊鈦合金的接頭強度高，在0. 05-0. IOmm間隙情況下接頭抗拉強度達400-600MPa ；具有較高的高溫強度，450°C時接頭抗拉強度仍達到210 MPa，在相同焊接工藝條件下，明顯高于鋁基釬料的，也高于銀基釬料的釬焊接頭強度，和鈦基釬料的釬焊接頭強度基本相當。表一是以上所述幾類釬料釬焊相同鈦金屬基體的釬焊接頭強度對比。表一不同釬料釬焊鈦合金TA4-TA4的釬焊接頭抗拉強度。
釬料種類基體材料釬焊接頭室溫抗拉強度/MPa本發(fā)明釬料TA4-TA4437鋁基釬料TA4-TA4246銀基釬料TA4-TA4369鈦基釬料TA4-TA4449
本發(fā)明釬料可替代銀基、鈀基、鈦基釬料用于鈦及鈦合金的釬焊，是一種制造成本低、 加工性能良好、釬焊強度高的釬料；配合本發(fā)明的釬焊工藝，可獲得性能優(yōu)良的鈦金屬釬焊接頭，同時釬焊效率高，尤其適合大批量小規(guī)格鈦合金部件的釬焊。


圖1是本發(fā)明的釬焊方法示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明所述的鈦和鈦合金釬焊用釬料，它包括含有質(zhì)量百分比計的Ni 22 32% ； Al :1 1. 5% ；Mn 0. 5 1. 0% ；V 0. 3 0. 6% ；Sn 0. 6 1. 0% ；Zr :1· 5 2% ；余量為 Cu。所述原料的質(zhì)量百分配比也可以為Ni 24 30% ；Al :1. 1 1. 4% ；Mn :0. 6 0. 9% ；V 0. 4 0. 5% ；Sn :0. 7 0. 8% ；Zr :1. 6 1. 8% ；余量為 Cu。所述原料的質(zhì)量百分配比最好為Ni :28. 6% ；Al :1. 2% ；Mn :0. 9% ；V :0. 5% ；Sn 0. 7% ；Zr 1. 8% ；余量為 Cu。本發(fā)明釬料的制備方法包括下述步驟
第一步，按上述質(zhì)量百分比稱取原材料Cu、Ni以及Cu-Al、Cu-Mn、Ni -V、Cu-Sn和Cu-Zr中間合金，使Ni元素占總質(zhì)量的22 32%(最好為28. 6%)，Al元素占總質(zhì)量的1 1. 5% (最好為1. 2%), Mn元素占總質(zhì)量的0. 5 1. 0% (最好為0. 9%)，V元素占總質(zhì)量的0. 3
0.6% (最好為0. 5%)，Sn元素占總質(zhì)量的0. 6 1. 0% (最好為0. 7%)，Zr元素占總質(zhì)量的
1.5 (最好為1. 8%)；余量為Cu元素；
第二步，將上述稱取的原材料Cu和M放入中頻真空冶煉爐坩堝中，關閉真空爐爐蓋， 將中間合金放到真空爐加料盒內(nèi)，抽真空后充入氬氣；然后加熱升溫，當Cu和M完全熔化后依次加入Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Mn、Cu-&·和Ni -V中間合金，完全熔化后靜置30分鐘，澆注成Φ 60mm釬料鑄錠；
第三步，清除釬料鑄錠氧化皮和冒口，用中頻加熱裝置加熱到900-950°C，用擠壓機兩次擠壓成型第一次擠壓到Φ 30mm，第二次擠壓成3mmX 20mm釬料帶；
第四步，將帶狀釬料真空退火(退火溫度600-620°C)，然后軋制加工成0. ImmX 20mm 的釬料箔。 使用本發(fā)明的釬料釬焊鈦基體的釬焊方法為被焊鈦零件3和鈦零件4是TA4合金，采用加氬氣保護的電容儲能電阻焊方法加熱鈦零件3、4和釬料箔5，儲能焊機的電極1 和電極2通有冷卻水，在電極1上加壓后即可施焊，如圖1所示。冷卻水使電極1、2和夾持的鈦零件3和鈦零件4在釬焊時溫度不會上升過高，以防止電極損傷和鈦零件金屬組織發(fā)生不利的轉(zhuǎn)變，同時電極1上加有壓力，當釬料熔化時電極1能壓緊鈦零件3使釬料充分填滿鈦零件3、4的間隙。由于釬料箔5是多元合金的高電阻材料，在電容放電加熱的0. 2秒左右時間內(nèi)就能夠迅速熔化成液態(tài)釬料并潤濕鈦零件3和零件4。由于本發(fā)明的釬料主要包括易和鈦金屬發(fā)生合金化的元素Cu、Ni、Al和^ ，釬料能很好的潤濕鈦金屬并擴散形成高強度接頭，同時由于整個釬焊過程時間很短，鈦合金基體金屬組織基本沒有發(fā)生變化。
權利要求
1.一種鈦和鈦合金釬焊用釬料，其特征在于它包括含有質(zhì)量百分比計的Ni :22 32% ；Al :1 1. 5% ；Mn 0. 5 1. 0% ；V 0. 3 0. 6% ；Sn 0. 6 1. 0% ；Zr :1· 5 2% ；余量為Cu。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈦和鈦合金釬焊用釬料，其特征在于所述原料的質(zhì)量百分配比為Ni 24 30% ；Al :1. 1 1. 4% ；Mn 0. 6 0. 9% ；V 0. 4 0. 5% ；Sn 0. 7 0. 8% ； Zr :1. 6 1. 8% ；余量為 Cu。
3.根據(jù)權利要求1所述的鈦和鈦合金釬焊用釬料，其特征在于所述原料的質(zhì)量百分配比為:Ni :28. 6% ；Al 1. 2% ；Mn :0. 9% ；V :0. 5% ；Sn :0. 7% ；Zr :1. 8% ；余量為 Cu。
4.根據(jù)權利要求1所述釬料的制備方法包括下述步驟第一步，稱取原材料Cu、Ni以及Cu-Al、Cu-Mn、Ni -VXu-Sn和Culr中間合金，使Ni 元素占總質(zhì)量的22 32%，Al元素占總質(zhì)量的1 1. 5%,Mn元素占總質(zhì)量的0. 5 1. 0%， V元素占總質(zhì)量的0.3 0.6%，Sn元素占總質(zhì)量的0.6 1.0%，^ 元素占總質(zhì)量的1. 5 2% ；余量為Cu元素；第二步，將上述稱取的原材料Cu和M放入中頻真空冶煉爐坩堝中，關閉真空爐爐蓋， 將上述稱取的中間合金放到真空爐加料盒內(nèi)，抽真空后充入氬氣；然后加熱升溫，當Cu和 Ni完全熔化后依次加入Cu-SruCu-Al、Cu-Mn、Cu-&和Ni -V中間合金，待完全熔化后靜置 30分鐘，澆注成釬料鑄錠；第三步，清除釬料鑄錠氧化皮和冒口，加熱后擠壓成帶狀釬料；第四步，將帶狀釬料真空退火，軋制加工成釬料箔即可。
5.使用如權利要求1所述釬料釬焊鈦基體的釬焊方法為首先采用加氬氣保護的電容儲能電阻焊方法加熱待焊接的鈦基體和釬料箔(5)，儲能焊機的上電極(1)和下電極(2)通入冷卻水，在上電極(1)上加壓后即可施焊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦和鈦合金釬焊用釬料，它包括含有質(zhì)量百分比計的Ni22～32%；Al1～1.5%；Mn0.5～1.0%；V0.3～0.6%；Sn0.6～1.0%；Zr1.5～2%；余量為Cu。本發(fā)明釬料的制備方法包括稱取原材料，熔煉后澆注成釬料錠，然后經(jīng)擠壓、軋制成釬焊箔。本發(fā)明釬料采用氬氣保護的電容儲能電阻加熱方法來釬焊鈦金屬。本發(fā)明釬料中不含貴金屬鈀和銀，可以大大降低制造成本；釬料加工性能好、退火間加工率大，能軋制成0.1mm的箔帶，制成品比率在80-85%。同時制備方法簡單，釬焊鈦金屬接頭強度高，釬焊時間短，鈦合金基體金屬組織不會發(fā)生變化，尤其適合大批量小規(guī)格鈦合金部件的釬焊。
文檔編號B23K103/18GK102319966SQ20111025049
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權日2011年8月29日
發(fā)明者于新泉, 劉文明, 周金鎖, 孫華為, 張強, 張翼, 張雷, 朱坤, 李濤, 潘建軍, 黃俊蘭, 龍偉民 申請人:鄭州機械研究所