CN116038174B

CN116038174B - 一种高w含量的镍基非晶合金钎焊材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN116038174B
Application number: CN202310142337.5A
Authority: CN
Inventors: 李然; 邓锴阳; 谢陈崀; 张涛
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2023-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2024-10-29
Anticipated expiration: 2043-02-21
Also published as: CN116038174A; CN119057311A

Abstract

本发明提供了一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料及其制备方法和应用，涉及镍基高温合金焊接技术领域。所述钎焊材料的组分通式为Ni_aCr_xW_bB_c，其中，a、x、b、c均表示原子百分比；且0≤x≤10、5≤b≤17.5、15≤c≤22.5、a＝100‑x‑b‑c。当所述钎焊材料的组分为Ni₇₅W₅B₂₀时，熔点为1095‑1120℃；当所述钎焊材料的组分为Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀时，熔点为1045‑1077℃。本发明解决了现有技术中难以将高熔点的难熔金属作为引入焊接材料的问题，突破现有非晶合金钎料组分的约束，得到了一类高W含量、较低熔点、高钎焊接头强度的新型三元及伪三元镍基非晶合金钎料，其中W原子百分比可达5％‑17.5％，B原子百分比为15％‑22.5％。所得接头室温和高温力学性能均可达到母材80％以上，可应用于高质量镍基高温合金钎焊连接。

Description

一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于镍基高温合金焊接技术领域，具体涉及一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为“现代工业皇冠上的明珠”，新一代航空发动机正往高推重比和低耗油率的方向发展，这就要求燃烧室等热端部件的使用温度越来越高，各种零部件受到的载荷也不断加大。为了满足不断提高的工作温度，Ni基高温合金广泛应用于发动机的热端部件的制造中。由于复杂形状零部件的整体铸造难度大，同时也需要涵盖涡轮叶片的修复环节，所以焊接工作在N i基高温合金的使用和修复过程中必不可少。

钎焊是高温合金连接过程中的一种重要的技术手段，由于其焊接温度低，对母材影响小，同时可以有效避免Ni基高温合金连接过程中的热裂纹及气孔等缺陷。钎焊材料(钎料)是影响钎焊质量的重要因素之一，而非晶合金是通过快速凝固、机械合金化等工艺制备得到的，是一类兼具金属、玻璃、液相以及固相等物理性质于一体的新型合金。得益于非晶合金独特的原子排列结构和化学组分的均匀性，晶体材料中常见的位错、晶界等缺陷在非晶合金中不复存在，因而赋予了非晶合金高硬度、高强度、高弹性变形能力以及较好的耐磨性等特点，尤其适用于作为钎料材料。

N i基非晶合金钎料具有薄带形成性好、韧性高、可加工性强、焊料组分均一和可设计性高等传统晶态钎料不具备的优点，在高温合金、不锈钢等高温应用的金属材料复杂构件的钎焊连接中得到了广泛应用。为了降低Ni基非晶合金钎料的熔点，通常会往其中加入Si、P和B等降熔元素，该类添加还可以提高钎料的润湿和流动性。然而，在该类材料钎焊过程中，多种降熔元素会在接头生成大量硬而脆的金属间化合物，从而严重影响接头的力学及抗腐蚀性能等。此外，为了避免钎料合金熔点和液相线温度过高而不利于后续焊接的问题，通常不会在钎料中大量引入具有超高熔点的难熔元素，如W、Mo等。但这些难熔元素在Ni基高温合金钎焊母材中通常作为高温固溶强化元素被大量使用，采用缺乏这些难熔元素钎料的焊接接头往往在室温乃至高温环境下表现出较差的力学性能，从而严重影响相关焊接热端部件使用时的可靠性。此外，合金组分对非晶形成能力的影响十分敏感，高熔点难熔元素的引入会极大的降低合金的非晶形成能力，因此该类含难熔元素的Ni基非晶合金钎料的开发通常极为困难。

综上，开发一种高难熔元素含量且熔点适宜的新型高性能Ni基非晶合金钎料对于高温合金钎焊连接技术领域具有重要的组分设计指导意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料，解决了现有技术中难以将高熔点的难熔金属作为引入焊接材料的问题。本发明中，突破现有非晶合金钎料组分的约束，得到了一类高W含量、较低熔点、高钎焊接头强度的新型三元及伪三元镍基非晶合金钎料，可应用于高质量镍基高温合金钎焊连接。

为实现上述目的，本发明提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料，所述钎焊材料的组分通式为Ni_aCr_xW_bB_c，其中，a、x、b、c均表示原子百分比；且0≤x≤10、5≤b≤17.5、15≤c≤22.5、a＝100-x-b-c。

在现有技术中，传统Ni基非晶合金钎料几乎不会大量引入高熔点的W元素，这是由于该类元素的大比例引入可能会造成合金熔点的显著升高，从而降低非晶合金的形成能力，无法制备获得相应组分的钎料。尤其W元素熔点高达3620℃，钎料中加入大量的W元素会导致合金熔点和液相线的急剧升高，进而可能造成合金的非晶形成能力显著降低，从而使用当前的快速凝固技术无法制备出相应的非晶合金钎料。

为突破现有非晶合金钎料组分的约束，本发明采用引入降熔元素以改善这一问题。在选择降熔元素时，考虑到B原子相对于Si原子其尺寸较小，同时在N i基合金中的扩散速率快，易在钎焊过程中从钎料扩散到母材，而不易形成大尺寸连续的脆性金属间化合物相。因此引入B元素。

同时，作为Ni基非晶合金钎料降熔元素之一的B元素，当其在钎料合金中的含量过高，会导致接头中大量形成金属间化合物，从而直接损害接头综合性能；当钎料中B元素过低，又会造成合金液相线温度过高，从而影响钎焊工艺，甚至不能做成相应的非晶合金钎料，因此，需要精确设计B元素用量，如有可能，还可以在Ni-W-B三元体系内找寻到液相线温度适宜又具有一定非晶形成能力的优化组分。

基于此，为了降低钎焊热循环对母材的影响，而且考虑到Cr元素具有提高钎缝的抗氧化能力。本发明方案在三元Ni-W-B体系中，利用相似元素替换的方法，采用Cr元素替代Ni元素获得四元Ni-Cr-W-B非晶合金针料组分，以进一步降低W元素对该N基非晶合金钎料的影响，从而研发出了本发明所要保护的核心方案，即两种高W含量、低熔点的非晶合金钎料成分设计。前述单质元素在本发明中主要作用如下：

B：降低钎料熔点，增加镍基非晶合金钎料的非晶形成能力。

W：起到固溶强化作用，有助于提高焊接接头的室温和高温力学性能。

Cr：降低钎料液相线温度，有助于焊接接头的耐腐蚀性和抗氧化性。

在一优选的实施方式中，当所述钎焊材料的组分为Ni₇₅W₅B₂₀时，检测其熔点为1095-1120℃。

在一优选的实施方式中，当所述钎焊材料的组分为N i₆₅Cr₁₀W₅B₂₀时，检测其熔点为1045-1077℃。

由此可见，本发明得到的镍基非晶合金钎焊材料具有高W含量、较低熔点的优势。

本发明的另一目的在于提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的制备方法，以高频感应熔炼方法得到母合金锭，再以熔体旋淬法，通过调节铜轮转速及喷射压力的方式，稳定获得厚度在30-70μm，宽度为10mm及以上的非晶合金薄带。而且，得到的非合金并且薄带还能以机械研磨等手段，制备成高纯度的粉状钎料或其他使用形式，拓展了其应用场景。

为实现上述目的，本发明提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按钎焊材料组分，将原子百分比转化为质量百分比，准确称取Ni、W、B、Cr单质作为原料；

(2)在真空高频感应熔炼炉中，依次放入原料，抽真空并充入氩气作为保护气体，以高频电源加热的方式，得到成分均匀的母合金锭；

(3)将母合金锭破碎后，通过熔体旋淬的快速凝固法，得到厚度30-70μm，宽度≥10mm的非晶合金钎料带材。

在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所用N i、W、B、Cr单质原料纯度均为99.5％(质量比)以上。

在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述原料的放置顺序为，先均匀加入B单质，最后加入Ni单质。因为B元素密度较小，需放在混合物的最小层，是所有最先加入B单质；而Ni元素更易融化，所以最后加入将其覆盖在最表面。另外，本发明中加入了类金属B单质，为脆性材料，且其热膨系数存在大的各向异性，直接用电弧熔炼会导致发生进溅，从而影响合金成分的准确性，因此需采用真空感应熔炼的方法进行制备。

在一优选的实施方式中，步骤(2)中，抽真空条件为5×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的氩气。

在一优选的实施方式中，步骤(3)中，熔体旋淬的快速凝固法具体为：将破碎母合金置于石英管，并装配于极冷凝固装置中，调整石英管喷嘴距铜轮表面距离为1-1.5mm；将装置内抽真空，并充入氩气；利用感应线圈将母合金加热至其熔点以上150℃左右，待破碎的合金完全变为液体并且表面出现波动后，立即使用喷射装置将热熔体喷射到旋转的铜轮上，经快速冷却得到非晶合金薄带；优选的，所述石英管出口宽度为10mm以上；优选的，抽真空条件为5×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的氩气；优选的，喷射装置中喷射压为0.03-0.06MPa、气体剥离压力0.02-0.04MPa、铜轮转速为2000-3000rpm；更优选的，本发明方案中熔炼步骤所用保护气体、熔体旋淬步骤所用喷射气体和剥离气体均为高纯氩气。

本发明的另一目的在于提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的应用，按前述任意方法制备得到的非晶合金钎焊材料，通过控制钎焊时间和钎焊温度，可以使被焊母材的钎焊区内B元素充分扩散，避免金属间化合物的生成，形成单一W元素固溶体结构，起到良好的接头强化和韧化作用，所得接头室温和高温力学性能均可达到母材80％以上，可应用于高质量镍基高温合金钎焊连接。

为实现上述目的，本发明提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的应用，具体包括以下步骤：

S1打磨清洗被焊母材，去除表面污染物；

S2取厚度为30μm的钎焊材料置于两块被焊母材之间，置于真空高温钎焊炉内，在真空状态下，升温钎焊，钎焊完成后冷却至室温，即可。

在一优选的实施方式中，步骤S1中，所述打磨清洗以本领域技术人员所掌握的常规方式，能达到去除母材表面影响焊接的污染物即可。优选的打磨清洗方式为：钎焊前，对被焊母材依次使用360#、800#、1500#和3000#的SiC砂纸将组织样表面打磨光滑，每一次更换砂纸时将打磨方向旋转90°，打磨完毕后利用金刚石抛光剂进行抛光处理，随后将样品放入乙醇中超声15-25分钟以除去表面残留抛光剂及其他污渍，最后用吹风机将样品吹干。

在一优选的实施方式中，步骤S2中，所述被焊母材为GH3230镍基变形高温合金。

GH3230合金是国内一种新型Ni-Cr-W系固强化和碳化物散强化的镍基高温合金，该合金具有优异的高温力学性能、抗氧化和耐腐蚀性能以及良好的焊接性能。为了使该类材料可以在高温和应力环境下长期使用，在GH3230合金中加入了大量的Cr、W和Mo难熔元素以及少量C、B类金属元素进行合金化。

但是现有技术中，当GH3230高温合金薄壁板材复杂结构件的钎焊时，广泛存在接头内易形成脆性金属间化合物相以及传统晶态合金膏状钎料无法实现窄钎缝复杂表面预铺的问题，急需开发出兼具韧性和良好钎焊焊接性能的新型Ni基非晶合金钎料带材。而本发明方案提供的新型高性能Ni基非晶合金钎料可以实现GH3230高温合金的高强度精密连接，对于非晶合金钎料的设计开发以及我国航空发动机自主化生产制造均具有重要科学研究和工业应用价值。

在一优选的实施方式中，步骤S2中，所述真空状态下其真空度为8×10^-3Pa。

在一优选的实施方式中，步骤S2中，所述升温钎焊条件为：以升温速率8-12℃/min，升温至900-1000℃保温8-10min；再以原升温速率，升温至1140-1200℃的焊接温度下，钎焊300-1800s。更优选的，所述升温焊条件为：以升温速率10℃/min，升温至1000℃保温10min；再以原升温速率，升温至1180℃的焊接温度下，钎焊1800s。

在一优选的实施方式中，所述钎焊材料为Ni₇₅W₅B₂₀，所述被焊母材为GH3230，焊接温度1180℃、焊接时间1800s，所得接头室温抗拉强度860MPa，在980℃下高温抗拉强度139MPa。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

(一)、本发明所提供的Ni基三元非晶合金材料具有宽的组分区间，其中W原子百分比可达5％-17.5％，B原子百分比为15％-22.5％。其最优组分为Ni₇₅W₅B₂₀，是三元Ni-W-B非晶合金中熔点最低的近共晶组分，熔点为1095-1120℃；Cr元素引入后可以进一步降低该类伪三元合金的熔点至1045-1077℃，使得非晶合金材料在保持高W含量的同时，还能有效降低熔点。

(二)、本发明提供的Ni-W-B-(Cr)三元及伪三元非晶合金钎料非晶形成能力好，临界尺寸不小于35m。

(三)、本发明制备得到的类合金钎料的熔点均良好的适用于GH3230高温合金的钎焊连接，且制备方法简单且易操作，通过优化控制钎焊时间和钎焊温度，可以使GH3230钎焊区内B元素充分扩散，避免金属间化合物的生成，形成单一W元素固溶体结构，起到良好的接头强化和韧化作用，所得接头室温和高温力学性能均可达到母材80％以上，可应用于高质量镍基高温合金钎焊连接。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1是对本发明实施例1-6中的Ni-W-B非晶合金钎料样品的X射线衍射(XRD)图谱。

图2是对本发明实施例1-6中的Ni-W-B非晶合金钎料样品的差式扫描量热分析(DSC)曲线。

图3是对本发明实施例2中不同厚度的Ni₇₅W₅B₂₀条带样品实施的X射线衍射(XRD)图谱。

图4是采用本发明实施例2得到的Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料，钎焊GH3230合金样品，所得接头的元素面分布图(钎焊条件：1180℃，1800s)。

图5是本发明实施例2得到的Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料，采用不同钎焊温度下钎焊接头的室温抗拉强度。

图6是对本发明实施例2、7、8中的N i-W-B非晶合金钎料和Ni-Cr-W-B非晶合金钎料样品的差式扫描量热分析(DSC)曲线。

图7是对本发明实施例7中不同厚度的N i₆₅Cr₁₀W₅B₂₀条带样品实施的X射线衍射(XRD)图谱。

图8本发明实施例7得到的Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金钎料，采用不同钎焊温度下钎焊接头的室温抗拉强度。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明实施例通过提供一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料及其制备方法和应用，解决现有技术中在钎焊材料中引用高熔点难熔元素，导致焊接接头力学性能下降，而且会降低合金的非晶形成能力的问题。

下面通过具体实施例详细说明本申请的技术方案：

若未特别指明，本发明中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，本发明中所用的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明所用试剂如无特殊说明均为分析纯，所用Ni、Cr单质原料纯度均为99.99％，W单质原料纯度为99.95％，B单质原料纯度为99.5％，所用氩气纯度为99.999％。本发明中所述室温为25℃。

本发明中实施例所用焊接母材为GH3230高温合金，其主要化学成分如表1所示：

表1

元素	Ni	Cr	W	Mo	Co	Fe	C	Al	Mn
										wt.％	Bal	21.61	14.34	1.32	1.13	0.92	0.10	0.36	0.52

本发明实施例中所用的真空高频感应熔炼炉型号为NEW-M04C，生产厂商日新技研，所用的快速凝固设备型号为NEW-A05，生产厂商日新技研，所用的真空高温钎焊炉型号为VBF-80，生产厂商华海中谊。本发明实施例中所用的测试仪器为X射线衍射：选用的仪器为日本理学生产的型号为D/MAX-2500的X射线衍射仪，热分析：采用德国耐驰公司生产的型号为STA-449F3高温同步热分析仪,利用差示扫描量热法(Differential ScanningCalorimetry,DSC)对钎料的晶化以及熔化行为进行分析得到钎料晶化过程的特征温度，以及熔化过程的熔点和液相线温度。

本发明实施例采用拉伸强度评价接头的连接强度，采用《GBT 11363-2008焊接头强度试验方法》中的测试标准。每种条件下得到的拉伸试样都加工3根以上，以避免某些偶然原因导致的无效数据。

(一)、制备N i-W-B非晶合金钎料

第一步：按表2中N i-W-B非晶合金相应成分准备相应比例的N i、W、B单质作为原料。

第二步：将第一步中称取的原料依次放入真空感应熔炼设备中，其加入顺序为：先均匀加入B单质置于最底层，最后加入Ni单质；抽真空条件为5×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩气作为保护气体，以高频电源加热的方式进行真空感应熔炼，待合金全部变成熔体状态后保温5mi n，待合金随炉冷却后从熔炼设备取出，制得钎料的母合金。

第三步：将第二步制得的合金机械破碎后置于出口宽度为10mm的石英管中，然后整体置于熔体旋淬的快速凝固设备中，调节石英管喷嘴与铜轮表面距离为1mm；将快速凝固设备腔体内抽真空至真空度为5×10^-2Pa，然后充入0.05MPa高纯氩气；调节快速凝固设备的铜轮转速为2000rpm、喷射压力为0.035MPa、气体剥离压力0.03MPa，其中喷射气体、剥离气体均采用高纯氩气。利用感应线圈加热母合金至熔点以上150℃左右，待破碎的合金完全变为液体并且表面出现波动后，立即使用喷射装置将热熔体喷射到旋转的铜轮上，经快速冷却得到厚度为35μm、宽度为10mm的合金薄带。

表2实施例1-6中非晶合金钎料成分以及制备得到钎料的熔点温度及液相线温度的相关数据

将实施例1-6得到的非晶合金钎料进行表征分析，结果如下：

由图1所示的XRD图谱可以看出，6个Ni-W-B合金样品的X射线衍射图谱中没有出现尖锐的晶体衍射峰，只有非晶结构的漫散射峰，说明实施例1-6所得合金钎料为非晶结构。

由图2所示的差式扫描量热分析(DSC)曲线可知实施例1-6中的钎料液相线温度。其中，Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金条带熔化阶段的熔化吸热峰只有一个，且固相线(Tm)与液相线(Tl)温度区间比较窄，说明该合金是一个近共晶点的组分。这类合金通常具有较好的非晶形成能力，且其熔融状态下的流动性较好，更加适合作为钎料合金。

进一步的，将制备Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金条带时，步骤三铜轮转速分别调整为2500rpm和3000rpm，分别得到厚度为50μm和70μm的条带样品，分析不同厚度Ni₇₅W₅B₂₀条带样品的X射线衍射图谱，结果如图3所示。从图3中可以看出，厚度为35um的Ni₇₅W₅B₂₀条带样品XRD图谱上只在2θ＝44.5°附近出现单一的漫散射峰。随着样品厚度的增加,制备过程中的冷却速度降低，XRD图谱上出现了更多的晶体衍射峰。因此，Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金的临界尺寸约为35um。

(二)、Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料的应用

将采用实施例2制备得到的Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料在真空钎焊炉中钎焊GH3230合金。具体包括以下步骤：

S1钎焊前，将被焊母材GH3230合金依次使用360#、800#、1500#和3000#的SiC砂纸将组织样表面打磨光滑，每一次更换砂纸时将打磨方向旋转90°，打磨完毕后利用金刚石抛光剂进行抛光处理，随后将样品放入乙醇中超声25分钟以除去表面残留抛光剂及其他污渍，最后用吹风机将样品吹干。

S2钎焊接头采用搭接方式，以Ni₇₅W₅B₂₀为例，将该非晶合金薄带预置于两块GH3230合金板之间形成夹层结构。将上述钎焊工件置于真空钎焊炉中。待真空度达到8.0×10 ^- ³Pa，开始以10℃/mi n的速度升温至1000℃，保温10mi n，然后以10℃/mi n的速度升温至不同的钎焊温度(1140℃、1160℃、1180℃、1200℃)，保温30mi n。后关闭加热系统，钎焊结构随炉冷却至室温。待钎焊结构冷却至室温后，自真空钎焊炉中取出，测试其相关力学性能，并对钎缝区域的组织结构进行分析。结果如图4和图5所示。

图4为Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料在钎焊温度为1180℃钎焊时间为30mi n所得GH3230钎焊接头的元素面分布图。钎缝区中的B元素全部都扩散至母材中，并在扩散区远端沿晶界生成了分布较均匀的絮状沉淀相。W元素由于原子尺寸太大、扩散速率慢，主要留在钎缝区中。采用该高W镍基非晶合金钎料，在优化工艺参数条件下，钎缝区内无脆性金属间化合物相生成，能够形成组分均匀的W元素固溶到了γ相连续固溶体。

图5则表明了钎焊温度对采用Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料钎焊GH3230所得接头室温抗拉强度的影响。从图5中可以看出接头的室温抗拉强度随着钎焊温度的增加先增大后减小，基本与母材的强度相当。当钎焊温度为1180℃时，钎缝区的硼化物消失，接头均匀化，室温抗拉强度达到最高为860MPa，且大部分试样断裂发生在母材部分。另外，GH3230高温合金主要用于高温环境，需要对接头的高温力学性能进行评估。本发明选择了室温拉伸强度最好的钎焊工艺参数即钎焊温度为1180℃,钎焊时间为1800s所得到的接头在980℃环境下进行高温拉伸试验。结果表明，钎焊接头在980℃下的高温抗拉强度为139MPa(约为GH3230高温合金母材在相应温度下高温抗拉强度的92％)。由此可见，本发明所得到的钎焊材料具有较好的高温性能，其高温力学性能也与相应母材相当。

(三)、制备N i-Cr-W-B非晶合金钎料

第一步：按表3中Ni-Cr-W-B非晶合金相应成分准备相应比例的Ni、Cr、W、B单质作为原料。

其余步骤与制备Ni-W-B非晶合金钎料所用设备和参数设计完全一致。

表3实施例7-8中非晶合金钎料成分以及制备得到钎料的熔点温度及液相线温度的相关数据

将实施例7-8得到的非晶合金钎料进行表征分析，结果如下：

为了进一步尽可能降低钎焊温度，发明人尝试在Ni-W-B三元体系中添加Cr元素，以期降低钎料的熔点，提高钎缝的抗氧化能力。基于此，实施例7和8分别用5个和10个原子百分比的Cr元素替换实施例1中Ni₇₅W₅B₂₀合金中Ni元素，所得四元Ni-Cr-W-B合金的熔化DSC曲线如图6所示，相应合金的固相线温度(熔点)和液相线温度如表3所示。可以看出，用Cr元素替换Ni₇₅W₅B₂₀中Ni元素后，结果合金的固相线和液相线温度随着Cr含量的升高而降低，且得到四元Ni-Cr-W-B合金的熔化吸热峰仅有一个。相比三元合金，通过采用10个原子百分比的Cr元素替换Ni元素得到的四元Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀合金的液相线温度最低降至1077℃。

同样的，发明人在制备Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金钎料时，将原步骤三铜轮转速从2000rpm调整为2500rpm和3000rpm，在原厚度35μm的基础上，分别得到厚度为50μm和70μm的条带样品，分析不同厚度Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀条带样品的X射线衍射图谱，结果如图7所示。从图中可以看出，厚度为35mm和50mm的条带XRD图谱均表现出典型非晶合金的X射线衍射图谱的特征。当合金凝固时冷却速度进一步降低时，所得到的厚度为70mm条带中出现了Ni的晶体相。因此，Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金的临界尺寸约为50mm。这说明引入Ni的相似元素Cr可以显著提高合金的非晶形成能力。

在不同钎焊温度条件下，对采用Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金钎料钎焊GH3230所得接头的室温抗拉强度评估表明：当钎焊温度为1200℃时，室温抗拉强度最高，可达到783MPa。

(四)、Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金钎料的应用

采用(二)、Ni₇₅W₅B₂₀非晶合金钎料的应用中，完全相同的焊接方法钎焊GH3230合金，测试其相关力学性能，结果如图8所示。

图8显示了钎焊温度对采用Ni₆₅Cr₁₀W₅B₂₀非晶合金钎料钎焊GH3230所得接头的室温抗拉强度的影响。从图中可以看出接头的室温抗拉强度随着钎焊温度的增加而增加。钎焊温度为1140℃时所得接头的室温抗拉强度最低，钎缝区大量富W的硼化物严重降低了接头的力学性能，接头室温抗拉强度仅为565MPa。当钎焊温度上升到1200℃时，钎缝区中的富W的硼化物数量减少，室温抗拉强度最高，达到783Mpa。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的制备方法，其特征在于，所述钎焊材料的组分通式为Ni_aCr_xW_bB_c，其中，a、x、b、c均表示原子百分比；且x=10、b=5、c=20、a=100-x-b-c，所述钎焊材料的熔点为1045-1077℃；

具体包括以下步骤：

（1）按钎焊材料组分，将原子百分比转化为质量百分比，准确称取Ni、W、B、Cr单质作为原料；

（2）在真空高频感应熔炼炉中，依次放入原料，抽真空并充入氩气作为保护气体，以高频电源加热的方式，得到成分均匀的母合金锭；

（3）将母合金锭破碎后，通过熔体旋淬的快速凝固法，得到厚度30-70μm，宽度≥10mm的非晶合金钎料带材；

步骤（2）中，所述原料的放置顺序为，先均匀加入B单质，最后加入Ni单质。

2.如权利要求1所述的高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，熔体旋淬的快速凝固法具体为：将破碎母合金置于石英管，并装配于极冷凝固装置中，调整石英管喷嘴距铜轮表面距离为1-1.5mm；将装置内抽真空，并充入氩气；调整喷射压为0.03-0.06MPa、铜轮转速为2000-3000rpm，将过热熔体喷射到旋转的铜轮上，冷却即得。

3.如权利要求1所述高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：

S1打磨清洗被焊母材，去除表面污染物；

S2取厚度为30μm权利要求1所述的钎焊材料置于两块被焊母材之间，置于真空高温钎焊炉内，在真空状态下，升温钎焊，钎焊完成后冷却至室温，即可。

4.如权利要求3所述高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的应用，其特征在于，步骤S1中，所述被焊母材为GH3230镍基变形高温合金。

5.如权利要求3所述高W含量的镍基非晶合金钎焊材料的应用，其特征在于，步骤S2中，所述升温钎焊条件为：以升温速率8-12℃/min，升温至900-1000℃保温8-10min；再以原升温速率，升温至1140-1200℃的焊接温度下，钎焊300-1800s。