Ti-Al系金属间化合物的钎焊技术探究

近年来，人们对Ti-Al系金属间化合物材料特别是TiAl基合金的钎焊工艺进行了较多的试验研究，采用的钎料多为银钎料和钛基钎料，也有一些采用其他钎料，如镍基、金基、钯基钎料钎焊Ti-Al系金属间化合物材料的研究报道。

参考文献[67]针对涡轮增压器的要求研究了不同钎料对TiAl合金与低膨胀高温合金Incoloy 909异种材料钎焊连接的适应性。通过考察BAg-8（Ag72Cu）、BAu-4（Au82Ni）、BAu-11（Au50Cu）、BAu-12（Au75Ag12.5Cu）、BPd-2（Ag58.5Cu31.5Pd）、TiNi（Ti67Ni）、BNi-9（Ni81.5Cr15B）等5个系列7种钎料对TiAl合金与Incoloy 909合金的润湿性及钎焊接头组织结构指出，考虑到对TiAl合金的润湿性及钎焊接头的组织和强度，BAg-8和BAu-12较其他钎料更有可能用于TiAl合金与Incoloy 909合金的钎焊。

表18-36列出了有关TiAl基合金、Ti₃Al基合金及其与钢等其他金属材料钎焊的研究结果^[68-96]。虽然各个研究者试验条件不同，钎焊的母材也有差异，因此所得到的结果也不相同。但总的来说，室温下银钎料钎焊接头的强度优于钛基钎料，而高温下，则钛基钎料钎焊接头具有更好的性能。此外，钛基钎料的制备方式对钎焊接头性能有较大的影响，成分相同的Ti-Cu-Ni钎料，非晶态箔带形式的钎料钎焊接头的性能优于复合层板形式的钎料^[84]。

表18-36 Ti-Al金属间化合物材料钎焊接头的力学性能Table 18-36 Mechanical properties of brazed Ti-Al intermetallic compound joints

（续）

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为了制备在中、低密度范围内的整体梯度材料，陈波等研究了采用钎焊方法制备Ti/TiAl/Al系变密度功能梯度材料的可行性。选用的Ti合金为TC4，TiAl选用通过挤压成形的Ti-48Al-2Cr-2Nb（原子分数，%），Al选用商用铝合金3A21。采用两步钎焊方法来完成该变密度梯度材料的制备（见图18-12）。第一步，选用Ti-（14～28）Zr-（16～25）（Cu+Ni+Co）急冷态箔带钎料钎焊TC4与TiAl，钎焊规范为960℃×10min；第二步，采用高纯度的Al、Cu和Si粉末混合配制Al-25Cu-5Si（质量分数，%）钎料，用于钎焊TC4/TiAl和3A21，钎焊规范为590℃×10min。经过两个热循环后完成Ti/TiAl/Al系梯度材料试样的制备。图18-13所示为制备的TC4/TiAl/3A21梯度材料两个界面的显微组织。从图18-13可以看出，采用Ti-Zr-Cu-Ni-Co钎料获得的TC4与TiAl的接头界面无缺欠存在，而在TiAl/3A21的界面处存在少量的未焊合缺欠^[97]。

图18-12 TC4/TiAl/3A21接头结构示意图^[97] Fig.18-12 The graph of TC4/TiAl/3A21 joint^[97]

图18-13 TC4/TiAl/3A21接头界面的显微组织^[97] Fig.18-13 BSE image of the TC4/TiAl/3A21 joint^[97]

美国NASA兰勒研究中心采用共晶钎焊方法制造了Ti₃Al基合金蜂窝结构[98]。该蜂窝结构的面板为Ti₃Al合金Ti-14Al-21Nb，芯板为普通钛合金Ti-3Al-2.5V。方法是先在Ti-3Al-2.5V芯板的连接面上电镀一层Cu，然后与Ti-14Al-21Nb面板装配在一起进入真空炉中钎焊，焊接规范为：940℃×10min+927℃×60min。