一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107363359A(43)申请公布日2017.11.21(21)申请号201710677144.4(22)申请日2017.08.09(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人李红黄海新邢增程李云月(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.B23K1/19(2006.01)B23K1/20(2006.01)B23K1/008(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法(57)摘要本发明涉及一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法，解决陶瓷-金属钎焊过程中接头界面产生大量的脆性金属间化合物，造成接头性能差的难题。其中复合高熵合金钎钎料由上下两层组成，上层为靠近金属一侧的高熵合金箔带，下层为靠近陶瓷一侧的钛箔。将待焊基体及钎料箔带清洗后，装配成三明治结构，并在其上施加0.01-0.03MPa的压力以保证基体与钎料层充分接触，装配完成后置于真空扩散炉中进行钎焊。本发明操作简单，利用高熵合金的高熵效应，在钎缝中形成FCC和BCC固溶体组织，接头中无脆性金属间生成，可有效抑制接头中脆性金属间化合物的生成，同时利用钛箔中活性Ti元素与陶瓷发生反应，在界面处形成韧性化合物，实现陶瓷与金属的有效冶金结合。CN107363359ACN107363359A权利要求书1/1页1.一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷和金属的方法，其特征在于钎焊结构为一个三明治结构，上层为金属，中间为复合钎料层，下层为陶瓷；复合钎料层由两层组成，上层为高熵合金箔带，下层为钛箔；上层高熵合金箔带的厚度为50-100μm，下层钛箔带的厚度为50-100μm；高熵合金包括AlNiCu三元高熵合金、Al15Nd60Ni10Cu10Fe5五元高熵合金、Al11Nd61Ni8Cu15Co5五元高熵合金、Mg65Ag5Cu15Pd5Y10五元高熵合金或/和Al1.8-2.8NiFeCrCoCu六元高熵合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：金属是不锈钢或钛合金。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所使用的陶瓷为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：氧化物陶瓷为Al2O3陶瓷、ZrO2陶瓷；氮化物陶瓷为Si3N4陶瓷、BN陶瓷、AlN陶瓷；碳化物陶瓷为SiC陶瓷、WC陶瓷。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体钎焊工艺为：钎焊件置于真空扩散炉中，在钎焊件上施加0.01-0.03MPa的压力，当真空度低于5.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至900℃，保温10min，然后以同样的升温速度升至1100℃，保温10-30min后，切断电源，随炉冷却至室温后，取出试样，完成钎焊。2CN107363359A说明书1/6页一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法技术领域[0001]本发明属于异种材料连接技术领域，具体涉及一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷与金属的方法背景技术[0002]陶瓷具有耐磨、耐高温、耐腐蚀和高硬度等优良性能，因此在航天、能源等领域有着重要应用。但是陶瓷在常温下韧性较差，难以加工成形状复杂的结构部件，这就很大程度上限制了陶瓷材料的应用范围。而如果采用连接技术将陶瓷与金属制备成复合构件，这样既可以利用陶瓷材料优异的高温性能，又可以发挥金属材料的塑性和韧性，从而有效的扩大了陶瓷-金属复合材料应用领域，满足现代工程应用的需求。[0003]陶瓷与金属的连接目前已经有了大量的研究，通过陶瓷表面预金属化和在金属钎料中添加活性元素的方法一定程度上解决了金属钎料在陶瓷上难以润湿的问题，有些研究者提出采用三元系铝基钎料，例如AlSiCu或AlSiMg等晶态钎料进行高温钎焊，钎焊温度为1100℃，利用界面反应提高其在某些陶瓷，例如SiC上的润湿性。但是由于Si，Cu，Mg等元素的添加，与陶瓷基体反应后在陶瓷-金属接头中出现了大量的脆性金属间化合物，通过优化焊接工艺，较难有效控制脆性金属间化合物相的种类、数量、形态以及分布，这在很大程度上影响了钎焊接头的力学性能。发明内容[0004]针对上述现有技术工艺存在的不足，本发明的目的是提供一种复合高熵合金钎料钎焊陶瓷-金属的方法，利用高熵合金的高熵效应来抑制陶瓷-金属钎焊过程中脆性金属间化合物的产生。同时在高熵合金钎料与陶瓷之间放置一层活性钛箔，通过Ti元素与陶瓷发生反应，在界面处形成韧性化合物，从而实现陶瓷与金属的有效冶金结合。[0005]高熵合金自由能低，易于形成结构简单的BCC或者FCC固溶体，具有显微结构简化，不倾向于出现金属间化合物，具有纳米析出物与非