氧化物弥散强化高温合金的钎焊技术

氧化物弥散强化高温合金（ODS合金）目前主要有两类（见表18-9）：一类是用湿法生产的以TD-Ni、TD-NiCr为代表的用ThO₂弥散相强化的镍基合金；另一类则是采用机械合金化法生产的既可沉淀强化又可弥散强化的镍基高温合金，如MA754，MA956。这类合金基体中含有铝和钛，因此可以产生γ相强化，合金同时还含有弥散的氧化钇，可以在普通高温合金过时效的温度下起弥散强化作用。

表18-9 一些ODS合金的成分Table 18-9 Composition of some ODS alloys

1.钎焊方法及钎料

真空钎焊和可控气氛钎焊是氧化物弥散强化高温合金的主要钎焊方法。用于ODS合金钎焊的钎料成分见表18-10。

表18-10 用于ODS合金钎焊的钎料成分^[20] Table 18-10 Filler metals for brazing ODS alloys^[20]

2.钎焊特点

由于ODS合金本身组织及成分特点，钎焊时容易出现孔洞、钎料过量熔蚀、钎料/母材界面选择性氧化和分层等缺欠。

孔洞的形成源于科肯达尔（Kirkendall）扩散。采用含有钼和钨的钎料，如TD-6、TD-20以降低元素扩散速率，可以抑制孔洞的形成，因此TD-6钎科非常适用于钎焊TD-Ni和TD-NiCr合金。

通常，钎料中贵金属含量高时会对TD-Ni和TD-NiCr产生严重的熔蚀，采用60Pd-40Ni钎料钎焊IN853也发现有同样的倾向。高钼含量的钎料如TD-20也会导致对TD-NiCr合金的过度熔蚀。

采用含铬和硅的钎料时，常会在纤缝/TD-Ni界面发生选择性氧化，这是由于铬和硅的少量扩散降低了镍的抗氧化能力。(www.xing528.com)

TD-Ni钎焊接头中的分层现象，则是由于碳从钎料中扩散进入TD-Ni，并随之与氧反应生成CO或CO₂，从而导致晶界分离。使用低含碳量的钎料可以避免这一问题，然而更有效的方法是使用TD-6和TD-20这样的钎料，它们中所含的钼和钨可降低碳扩散进入TD-Ni的速率。

钎焊TD-NiCrAl、HDA8077和MA953时需特别注意。这些合金中为改善抗氧化性加入了一定量的铝，易形成保护性氧化膜，从而给钎焊，主要是钎料润湿流动带来困难。TD-6，B-2，NASA18，NASA21和NASA22等钎料均适于钎焊TD-NiCrAl。而用TD-6钎焊HDA8077、MA754、MA953和MA956合金时，则会导致在这些合金中产生大量的孔洞和熔蚀。用H-33钎料钎焊MA953合金是令人满意的，但其不适宜于MA956合金的钎焊。B-93钎料钎焊HDA8077和TD-NiCrAl合金可以获得良好的结果。用AM788钎料钎焊MA754合金，对母材显微组织损害最小。

3.接头性能

ODS合金钎焊接头的强度，对TD-NiCr来说，TD-6钎料具有优异的性能，采用NASA18和B-2钎料可以获得更佳的接头性能。NASA18钎料钎焊接头在室温和1093℃的拉伸和持久性能等于或大于TD-6钎料钎焊接头，前者在1093℃的持久强度比后者约高50%，这是由于NASA18钎料熔蚀性较小且含8%的铝（铝可提高强度和抗氧化能力）。

表18-11列出了一些ODS合金钎焊接头的持久性能。可见用AM788钎料钎焊MA754合金，可获得良好的接头持久性能。但对于工作温度不超过982℃的使用场合，应使用较便宜的B-93钎料，因为其钎焊接头的力学性能直到982℃与AM788钎料相当。此外，用非晶态BNi-1a钎料钎焊MA956合金与Hastelloy X合金，钎焊接头在1093℃的持久性能与Hastelloy X相当。若钎焊接头工作温度为1093℃，则焊后应在1093℃进行2h的扩散处理。

表18-11 一些ODS合金钎焊接头的持久性能Table 18-11 Stress rupture properties of some brazed ODS alloy joints

针对航空发动机高效冷却结构，如多孔层板等结构可能的需求，郭万林、淮军锋等采用Ni-10Cr-4Si钎料对ODS合金MGH4754及MA956进行了钎焊，表18-12列出了钎焊接头室高温抗拉强度测试结果及与母材抗拉强度测试结果的对比。可见，MGH4754合金钎焊接头具有较高的强度，接头在室温和930℃下的抗拉强度分别为母材的92.5%和97.3%；MA956合金钎焊接头也具有较高的室温抗拉强度，为母材的98.6%，但其在1100℃下的抗拉强度较低，只有母材的65.5%^[21，22]。

表18-12 Ni-10Cr-4Si钎料钎焊ODS合金接头及母材的抗拉强度^[21，22] Table 18-12 Tensile strength of the ODS alloys and the joints brazed with Ni-10Cr-4Si filler metal^[21，22]