一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料及其制备方法和应用

本发明涉及高氮钢与钛钎焊的领域，具体而言，涉及一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高氮钢具有强度高、韧性好、耐蚀性好等优异性能，广泛应用于电力、海洋工程、军事设备等领域，并因其优良的生物相容性在生物医用材料领域展现出独特优势。钛金属以其质量轻、强度高、耐腐蚀性好及良好生物相容性等特征而著名。开发高氮钢与钛金属的复合构件，可充分发挥二者在性能及经济上的优势互补，在航空航天领域、医用植入件领域具有巨大应用前景。其中在医用金属植入件方面，有望实现轻量化设计，减轻植入件重量；还可进一步提高人体亲和性，有效延长介入器械的使用寿命。但由于高氮钢与钛金属在理化性能上的差异，传统的熔焊难以实现二者有效连接，而钎焊方法具有适合多种接头形式、残余应力小等优点，成为焊接高氮钢与钛金属的有效方法。

2、目前，高氮钢钎焊研究还处于起步阶段，而高氮钢/钛金属钎焊更是鲜有研究。镍基钎料可为接头提供优良耐高温腐蚀性能和强度，其中ni-cr-b-si钎料在奥氏体不锈钢表面具有优异润湿能力，常用于钎焊304或316不锈钢。文献“zhu w,jiang h,zhang h,etal.microstructure and strength of high nitrogen steel joints brazed with ni-cr-b-si filler[j].materials science and technology,2018,34(8):926-933.”采用ni-cr-si-b非晶钎料钎焊高氮钢，钎缝中bn化合物对接头剪切强度有显著影响，钎焊温度为1020℃时，接头最佳抗剪强度仅为176.7mpa。

3、高氮钢钎焊用高性能镍基非晶钎料仍在摸索，为制备非晶成形能力良好的箔带钎料，获得具有高质量、高可靠性的高氮钢/钛钎焊接头，同时发掘高氮钢/钛医用复合人体植入件的应用，有必要进一步对镍基钎料成分进行优化，从而提高钎料的非晶形成能力并控制接头内脆性金属间化合物的形成，以期获得安全可靠、服役寿命长的高性能医用高氮钢/钛复合构件。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料及其制备方法和应用，所述高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，具有非晶成形能力好，钎焊接头脆性化合物形成少、接头强度高等优点，可用于高氮钢和钛的钎焊连接。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、本发明第一个方面，涉及一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，按质量百分比计，包括以下组分：

4、ni 45wt％～55wt％、ti 10wt％～18wt％、zr 11wt％～22wt％、cr10wt％～15wt％和v 5wt％～15wt％。

5、所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，具有非晶成形能力好，钎焊接头脆性化合物形成少、接头强度高等优点，可用于高氮钢和钛的钎焊连接。

6、本发明的另一个方面，还涉及所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，包括以下步骤：

7、(a)将各原料真空熔炼后制成合金铸锭；

8、(b)采用单辊甩带法将所述合金铸锭进行非晶成型处理。

9、所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，方法简单可行，易于量产化操作工艺，制备得到的镍基非晶钎料性能优异。

10、本发明的另一个方面，还涉及所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料或所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法制备得到的镍基非晶钎料在钎焊高氮钢与钛中的应用。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

12、(1)本发明提供的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，基于ni-ti二元相图选取共晶点，钎料成分在ni-ti共晶成分附近，可达到大的过冷区，易实现液态结构的“冻结”，使得钎料具备优异非晶形成能力，即超塑区；本发明通过原子替换减少了钎料中ti元素含量，可有效减少接头中钛基脆性金属间化合物生成，显著提高钎焊接头强度，可达到550～650mpa。

13、(2)本发明提供的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，表面光亮，边缘整齐，具有成分均匀、韧性好、润湿性佳等特点，有利于窄间隙焊接件的填隙和钎焊。

14、(3)本发明提供的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，组元为nitizrcrv系，有别于传统的nicrsib系，钎料中ti元素可形成良好的固溶体，zr元素可降低熔点及提高力学性能，v元素可提高钎料润湿性和流动性。钎缝组织中tife、tife2脆性金属间化合物较少，多为钛基固溶体，极大提高了高氮钢/钛接头剪切强度。

15、(4)本发明提供的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，方法简单可行，易于量产化操作工艺，制备得到的镍基非晶钎料性能优异。

技术特征：

1.一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：

3.根据权利要求1或2所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，其特征在于，所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的厚度为50～60μm。

4.根据权利要求1或2所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，其特征在于，所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的熔点为1035～1064℃。

5.如权利要求1～4任一项所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼进行4～6次。

7.根据权利要求5所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法，其特征在于，所述单辊甩带法的铜辊旋转速度为30～35m/s。

8.权利要求1～4任一项所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料或权利要求5～7任一项所述的高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料的制备方法制备得到的镍基非晶钎料在钎焊高氮钢与钛中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钎焊的温度为1050～1150℃。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钎焊得到的钎焊接头的剪切强度为550～650mpa。

技术总结
本发明涉及高氮钢与钛钎焊的领域，具体而言，涉及一种高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料及其制备方法和应用。所述高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，按质量百分比计，包括以下组分：Ni 45wt％～55wt％、Ti10wt％～18wt％、Zr 11wt％～22wt％、Cr 10wt％～15wt％和V 5wt％～15wt％。所述高氮钢与钛连接用的镍基非晶钎料，具有非晶成形能力好，钎焊接头脆性化合物形成少、接头强度高等优点，可用于高氮钢和钛的钎焊连接。

技术研发人员：王星星,施建军,潘昆明,李花兵,龙伟民,于华,王青川,贾连辉,冯浩,温国栋,陈金虎,方乃文,原志鹏,杨冠军,陈小明,田宏杰,凌自成,谢旭
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5