14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法附图说明" src="/d/file/p/2020/11-25/b8743813361ee615d461a3ddb1e503d0.gif" />
一种AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法
技术领域
本发明涉及合金钎焊技术领域，更具体的说是涉及一种AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法。
背景技术
新型三元合金AlMgB14具有极高的硬度、较低的密度和优良的导电性等，由TiB2颗粒增强的超硬AlMgB14-TiB2复合陶瓷的显微硬度高达46GPa，硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，断裂韧性为4MPa·m1/2。据报道，其规模化量产的制造成本低于金刚石和立方氮化硼超硬材料，因此，AlMgB14-TiB2复合陶瓷作为工程材料，具有很大的应用价值。
由于AlMgB14-TiB2复合陶瓷本身的脆硬的局限性，往往需要将其与金属材料连接，做成复合材料应用，同时，还可将AlMgB14-TiB2复合陶瓷作为耐磨器件、磨盘、磨料等，因此需要将其与合金等进行连接。由于钎焊具有温度低、高效、可重复性好等优点，陶瓷和金属连接往往采用钎焊技术。
但是，由于AlMgB14-TiB2复合陶瓷和TiAl基合金的热膨胀系数和杨氏模量存在较大的差异，连接后的接头中往往存在较大的残余应力，从而影响接头强度，同时，由于TiAl基合金中的Ti会与钎料中的Cu产生大块的金属间化合物脆硬相，因此还会降低接头强度。
因此，如何将AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金进行钎焊是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法。通过在钎料中引入第二相颗粒制备复合钎料，钎焊中通过第二相颗粒与合金母材中的活性元素反应，原位合成新的物相，弥散分布在钎缝界面组织中，优化接头组织，抑制金属间化合物的生成，缓解两种材料之间的热胀系数、杨氏模量差异造成的影响，从而实现AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的可靠连接。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，具体包括以下步骤：
(1)将硼粉颗粒、AgCu共晶粉末机械球磨1-4h，得到复合钎料；
(2)将AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材和TiAl基合金分别进行预处理，然后与复合钎料进行装配，得到钎焊接头；
(3)将钎焊接头放入真空炉中，在真空环境下加热至820-920℃，保温10-60min，优选为10min，冷却，即完成AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊。
进一步，上述步骤(1)中，硼粉颗粒的粒径为0.2-50μm；AgCu共晶粉末的颗粒度为100-500目。
进一步，上述步骤(1)中，复合钎料中含有质量分数为1％-6％的硼粉颗粒，余量为AgCu共晶粉末。
进一步，上述步骤(2)中，AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材中含有质量分数为10％-60％的TiB2，余量为AlMgB14。
进一步，上述步骤(2)中，AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材的孔隙率为70％-98％。
进一步，上述步骤(2)中，TiAl基合金中含有质量分数为46％的Al，2％的Nb，2％的Cr，余量为Ti。
进一步，上述步骤(2)中，预处理的具体操作为：将AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材的待焊面用200#、400#、600#、800#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗20-60min；将TiAl基合金的待焊面用200#、600#、1200#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗10-30min。
进一步，上述步骤(2)中，钎焊接头中复合钎料的厚度为30-250μm。
进一步，上述步骤(3)中，在钎焊接头上方施加0.3-4MPa的轴向压力，优选为1.5MPa，以保证复合钎料与母材之间的充分接触，从而提高接头质量。
进一步，上述步骤(3)中，真空炉中的真空度为1×10-2-1×10-4Pa，优选为10-4Pa；升温速率为5-20℃/min，优选为10℃/min；冷却速率为5-10℃/min，优选为5℃/min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明无需添加活性元素，接头组织能够减少脆硬相聚集，有效缓解接头残余应力，实现AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的高效、快速、可靠连接，获得的钎焊接头剪切强度高达82.5MPa，拓展了超硬复合陶瓷与金属钎焊接头的应用，具有良好的应用价值。
附图说明
附图1为本发明实施例1中钎焊接头的背散射照片。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将粒径为3μm的硼粉颗粒、颗粒度300目的AgCu共晶粉末混合后机械球磨2h，得到复合钎料，其中含有质量分数为3％的硼粉颗粒和97％的AgCu共晶粉末；
(2)将孔隙率为87％的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材的待焊面用200#、400#、600#、800#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗40min，得到预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材，其中含有质量分数为40％的TiB2和60％的AlMgB14；
将TiAl基合金的待焊面用200#、600#、1200#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗20min，得到预处理后的TiAl基合金，其中含有质量分数为46％的Al、2％的Nb、2％的Cr和50％的Ti；
将预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材和预处理后的TiAl基合金与复合钎料进行装配，得到钎焊接头，钎焊接头中复合钎料的厚度为150μm；
(3)在钎焊接头上方施加1.5MPa的轴向压力，然后将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空度为1×10-4Pa的环境下以10℃/min的升温速率加热至880℃，保温10min，再以5℃/min的冷却速度降至室温，即完成AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊。
实施例2
AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将粒径为0.2μm的硼粉颗粒、颗粒度100目的AgCu共晶粉末混合后机械球磨1h，得到复合钎料，其中含有质量分数为1％的硼粉颗粒和99％的AgCu共晶粉末；
(2)将孔隙率为70％的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材的待焊面用200#、400#、600#、800#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗20min，得到预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材，其中含有质量分数为10％的TiB2和90％的AlMgB14；
将TiAl基合金的待焊面用200#、600#、1200#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗10min，得到预处理后的TiAl基合金，其中含有质量分数为46％的Al、2％的Nb、2％的Cr和50％的Ti；
将预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材和预处理后的TiAl基合金与复合钎料进行装配，得到钎焊接头，钎焊接头中复合钎料的厚度为30μm；
(3)在钎焊接头上方施加0.3MPa的轴向压力，然后将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空度为1×10-2Pa的环境下以5℃/min的升温速率加热至820℃，保温10min，再以5℃/min的冷却速度降至室温，即完成AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊。
实施例3
AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将粒径为50μm的硼粉颗粒、颗粒度500目的AgCu共晶粉末混合后机械球磨4h，得到复合钎料，其中含有质量分数为6％的硼粉颗粒和94％的AgCu共晶粉末；
(2)将孔隙率为98％的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材的待焊面用200#、400#、600#、800#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗60min，得到预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材，其中含有质量分数为60％的TiB2和40％的AlMgB14；
将TiAl基合金的待焊面用200#、600#、1200#金刚石砂盘打磨，并在丙酮溶液中超声清洗30min，得到预处理后的TiAl基合金，其中含有质量分数为46％的Al、2％的Nb、2％的Cr和50％的Ti；
将预处理后的AlMgB14-TiB2复合陶瓷母材和预处理后的TiAl基合金与复合钎料进行装配，得到钎焊接头，钎焊接头中复合钎料的厚度为250μm；
(3)在钎焊接头上方施加4MPa的轴向压力，然后将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空度为1×10-4Pa的环境下以20℃/min的升温速率加热至920℃，保温60min，再以10℃/min的冷却速度降至室温，即完成AlMgB14-TiB2复合陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点在于，步骤(3)中，钎焊工艺参数为：升温速率10℃/min，钎焊温度为880℃，保温时间为20min，再以5℃/min冷却至室温。其它步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的不同点在于，步骤(3)中，钎焊工艺参数为：升温速率5℃/min，钎焊温度为900℃，保温时间为30min，再以5℃/min冷却至室温。其它步骤与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的不同点在于，步骤(3)中，钎焊工艺参数为：升温速率10℃/min，钎焊温度为910℃，保温时间为10min，再以10℃/min冷却至室温。其它步骤与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的不同点在于，步骤(3)中，钎焊工艺参数为：升温速率5℃/min，钎焊温度为920℃，保温时间为20min，再以10℃/min冷却至室温。其它步骤与实施例1相同。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
