專利名稱：一種低溫真空擴散連接鈦合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金連接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種真空擴散連接鈥合金的 工藝方法。
背景技術(shù)：
鈦合金具有比強度髙、密度小、耐高溫、韌性好、抗疲勞性能和抗 腐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空、航天、核工業(yè)、石油、化工等 領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具備高性能的鈦合金新材料和特殊使用要 求的精密鈦合金構(gòu)件不斷涌現(xiàn)，這對現(xiàn)有的連接技術(shù)提出了嚴(yán)峻的考 驗，發(fā)展新的連接方法大有必要。擴散連接是鈦合金連接的常用方式之 一，靠高溫下材料表面的局部塑性變形使接觸面之間貼緊來保障連接材 料表層上原子的互擴散，從而形成整體接頭。但由于一般擴散連接溫度 較高，在某種程度上限制了這種連接工藝的實際應(yīng)用。固體薄膜材料尤 其是納米薄膜，在厚度這一特定方向上，尺寸很小，只是微觀可測的量， 而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物質(zhì)的連續(xù)性發(fā)生中斷， 由此對物性產(chǎn)生各種各樣的影響。例如，由于表面能的影響使熔點降低 等等。本發(fā)明提出以薄膜作為擴散連接的中間層，利用其較大的表面能 可以在較低的溫度下實現(xiàn)連接。磁控濺射是一種常用的薄膜制備手段， 制得的薄膜與基體具有良好的結(jié)合力、膜層致密均勻，薄膜晶粒度可達 納米量級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種在較低的溫度下實現(xiàn)鈦合金連接的一種 低溫真空擴散連接鈦合金的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括下述工藝步驟
(1) 對待連接件進行表面處理，先用200#、 400#、 600弁、800#、 1000#、 2000#金相砂紙逐級磨光，再根據(jù)需要選擇是否進行機械拋光， 最后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗；
(2) 通過磁控濺射設(shè)備在待連接件表面沉積鈦基薄膜，薄膜厚度 為0.05~10|im，晶粒度為納米量級；(3)放入真空擴散爐內(nèi)，以10°C/min的升溫速率加熱，在溫度為 500~800°C、壓力為5 25MPa下恒壓保溫l 2h實現(xiàn)鈦合金的連接。 待連接件表面沉積的鈦基薄膜為單層或多層結(jié)構(gòu)。 待連接件表面沉積的鈦基薄膜由高純鈦靶或鈦合金靶經(jīng)磁控濺射 制得。
在待連接件表面沉積薄膜時,采用在加熱或室溫下進行磁控濺射。 本發(fā)明的優(yōu)點是-.
釆用本發(fā)明可在低于常規(guī)擴散連接溫度100 20(TC條件下實現(xiàn)鈥合 金的連接，并且連接接頭具有一定的強度。連接過程在一般真空擴散爐 內(nèi)即可進行，無需保護氣氛，工藝簡單易行。
具體實施例方式
(1) 對待連接件進行表面處理，先用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#、 2000#金相砂紙逐級磨光，再根據(jù)需要選擇是否進行機械拋光， 最后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗。
(2) 在待連接件表面沉積鈦基薄膜，通過磁控濺射沉積高純鈦靶 或鈦基合金納米薄膜，薄膜厚度為0.05 10pm;待連接件表面沉積的鈦 基薄膜為單層或多層結(jié)構(gòu)；釆用磁控濺射在待連接件表面沉積鈦基薄膜
時根據(jù)需要選擇采用對待連接件進行加熱的方法。
(3) 放入真空擴散爐內(nèi)，以10°C/min的升溫速率加熱，在溫度為 500~800°C、壓力為5 25MPa下恒壓保溫1 2h實現(xiàn)鈦合金的連接。
U)連接結(jié)東后，連接件隨爐冷卻降溫至15(TC卸載，降溫至室溫 時取出。
實施例一
將待連接的TA15鈦合金表面用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#、 2000#金相砂紙逐級磨光，然后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗。釆用 純度>99.995% (重量)的高純鈦靶經(jīng)JCK-500型磁控濺射臺在兩個待 連接的TA15鈦合金表面沉積鈦薄膜，厚度約為ljmi。將待連接件對接 好放入真空擴散爐內(nèi)并對其施加適當(dāng)壓力，當(dāng)爐內(nèi)真空度達到 1.7xl0，a時開始以10°C/min的升溫速率進行加熱同時調(diào)節(jié)壓力大小， 在溫度為700°C、壓力為lOMPa下恒壓保溫lh進行擴散連接。連接結(jié) 東后，連接件隨爐冷卻降溫至150。C卸載，降溫至室溫時取出。用掃描 電鏡觀察連接接頭的組織形貌可見，中間層鈦薄膜與TA15鈦合金母材 基體結(jié)合良好，連接接頭致密無孔洞，具有一定的連接強度。 實施例二
將待連接的TC4鈦合金表面用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#、 2000#金相砂紙逐級磨光，然后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗。采用 TA15合金靶經(jīng)JCK-500型磁控濺射臺在兩個待連接件表面沉積，厚度 約為2pm。將連接面覆有薄膜的待連接件對接好放入真空擴散爐內(nèi)并對 其施加適當(dāng)壓力，當(dāng)爐內(nèi)真空度達到2.0xl(T3Pa時開始以1(TC/min的升 溫速率進行加熱同時調(diào)節(jié)壓力大小，在溫度為70(TC、壓力為10MPa下 恒壓保溫2h進行擴散連接。連接結(jié)束后，連接件隨爐冷卻降溫至150°C 卸載，降溫至室溫時取出。用掃描電鏡觀察連接接頭的組織形貌，可以 觀察到薄膜與TC4鈦合金母材基體結(jié)合良好，連接接頭致密無孔洞，具 有一定的連接強度。
實施例三
將待連接的TA15鈦合金表面用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#、 2000#金相砂紙逐級磨光，然后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗。采用 純度>99.995% (重量)的高純鈦靶和TA15合金乾，經(jīng)JCK-500型磁控 濺射臺在兩個待連接件表面沉積TA15/Ti多層膜。首先在待連接件表面 沉積純鈦膜，厚度約為0.25pm左右。然后沉積TA15膜，厚度約為l)im 左右。最后再沉積一層純鈦膜，厚度約為0.25|im左右。沉積完畢將待 連接件對接好放入真空擴散爐內(nèi)并對其施加適當(dāng)壓力，當(dāng)爐內(nèi)真空度達 到1.9xlO—3Pa時開始以10°C/min的升溫速率進行加熱同時調(diào)節(jié)壓力大 小，在溫度為700°C、壓力為lOMPa下恒壓保溫lh進行擴散連接。連 接結(jié)束后，連接件隨爐冷卻降溫至150。C卸載，降溫至室溫時取出。用 掃描電鏡觀察連接接頭的組織形貌可見，薄膜與TA15鈦合金母材基體 結(jié)合良好，連接接頭致密無孔洞，具有一定的連接強度。
實施例四
將待連接的TC4鈦合金表面用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#、
2000#金相砂紙逐級磨光，然后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗。釆用 純度>99.995% (重量)的高純鈥靶經(jīng)JCK-500型磁控濺射臺在兩個待 連接的TC4鈦合金表面沉積鈦薄膜。沉積薄膜前對待連接件進行加熱，
加熱溫度為200°C,溫度均勻后開始沉積薄膜，厚度約為1.5pm。將連 接面覆有薄膜的待連接件對接好放入真空擴散爐內(nèi)并對其施加適當(dāng)壓 力，當(dāng)爐內(nèi)真空度達到2.2xl0,a時開始以1(TC/min的升溫速率進行加 熱同時調(diào)節(jié)壓力大小，在溫度為70(TC、壓力為10MPa下恒壓保溫lh 進行擴散連接(請依合金酌情調(diào)整)。連接結(jié)東后，連接件隨爐冷卻降 溫至15(TC卸載，降溫至室溫時取出。用掃描電鏡觀察連接接頭的組織 形貌可見，中間層鈦薄膜與TC4鈦合金母材基體結(jié)合良好，連接接頭致 密無孔洞，具有一定的連接強度。
權(quán)利要求
1. 一種低溫真空擴散連接鈦合金的方法，其特征在于，包括下述工藝步驟(1)對待連接件進行表面處理，先用200#、400#、600#、800#、1000#、2000#金相砂紙逐級磨光，再根據(jù)需要選擇是否進行機械拋光，最后放在丙酮溶液中進行超聲波清洗；(2)通過磁控濺射設(shè)備在待連接件表面沉積鈦基薄膜，薄膜厚度為0.05～10μm，晶粒度為納米量級；(3)放入真空擴散爐內(nèi)，以10℃/min的升溫速率加熱，在溫度為500～800℃、壓力為5～25MPa下恒壓保溫1～2h實現(xiàn)鈦合金的連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫真空擴散連接鈦合金的新方法， 其特征在于，待連接件表面沉積的鈦基薄膜為單層或多層結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫真空擴散連接鈦合金的新方法， 其特征在于，待連接件表面沉積的鈦基薄膜由高純鈦靶或鈦合金靶經(jīng)磁 控濺射制得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫真空擴散連接鈦合金的新方法， 其特征在于，在待連接件表面沉積薄膜時，釆用在加熱或室溫下進行磁 控濺射。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈦合金連接技術(shù)領(lǐng)域。為了發(fā)展新的鈦合金連接方法，降低擴散連接溫度，本發(fā)明提出采用磁控濺射設(shè)備在待連接件表面沉積鈦基薄膜作為連接中間層進行鈦合金的真空擴散連接新方法。磁控濺射制得的薄膜與鈦合金基體具有良好的結(jié)合力，膜層致密均勻，厚度在0.05～10μm之間，晶粒度可達納米量級，具有較大的表面能，可以在低于常規(guī)擴散連接溫度100～200℃條件下實現(xiàn)鈦合金的連接，并且連接接頭具有一定的強度。連接過程在一般真空擴散爐內(nèi)即可實現(xiàn)，無需保護氣氛，工藝簡單易行。
文檔編號C23C14/35GK101392363SQ200810172468
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者雷 葉, 欣 吳, 媛 周, 李曉紅, 唯 毛, 熊華平, 程耀永, 波 陳 申請人:中國航空工業(yè)第一集團公司北京航空材料研究院