CN105886945A

CN105886945A - 一种含硼高铬铁基钎焊合金及其应用

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Publication number: CN105886945A
Application number: CN201410614574.8A
Authority: CN
Inventors: 刘纪德; 周华茂
Original assignee: TAIZHOU ERIC NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: TAIZHOU ERIC NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明公开了一种含硼高铬铁基钎焊合金及其应用，按重量百分含量计，该含硼高铬铁基钎焊合金化学成分为：硼0.5～5％，磷3～15，铬10～35％，铜6～14％，铁为余量。该钎焊合金为近球形合金粉末，将其在1000～1200℃用于304不锈钢或36L不锈钢真空钎焊，所用时间为10～30分钟。本发明解决了目前镍基和钴基钎焊合金制造成本高、价格昂贵的问题，采用本发明含硼高铬铁基钎焊合金焊接不锈钢和高温合金等材料，焊接后没有裂纹或溶蚀等现象出现，可实现高质量优质连接，其方法简单有效。

Description

一种含硼高铬铁基钎焊合金及其应用

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种高温真空钎焊合金材料及其应用，具体涉及一种含硼高铬铁基钎焊合金及其应用，该钎焊合金适用于不锈钢或高温合金的钎焊。

背景技术

高温真空钎焊是焊接不锈钢或高温合金的有效手段之一，可以避免形成冷热裂纹等焊接缺陷。通常使用的高温真空钎焊材料几乎都是镍基或钴基合金，由于镍和钴都是资源相对缺乏的稀有元素，原材料价格较高，导致镍基或钴基钎焊材料的价格也随之偏高，现今市场价格在300～400元/kg。针对这种情况，目前本领域急需发展新型的高温真空钎焊材料，以解决目前使用镍基或钴基高温真空钎焊合金存在的价格昂贵的问题。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种能够在不影响焊接质量(即在高温真空钎焊过程中保证液体钎料合金和被焊合金之间的润湿性)的同时，大幅度缩减制造成本并显著降低钎焊合金价格的含硼高铬铁基钎焊合金，本发明还提供了该钎焊合金的制备方法及其应用。

本发明的技术解决方案是这样的：

一种含硼高铬铁基钎焊合金，按重量百分含量计，该含硼高铬铁基钎焊合金化学成分为：硼0.5～5％，磷3～15％，铬20～35％，铜6～14％，铁为余量。

根据上述技术解决方案作出的一种优选的含硼高铬铁基钎焊合金的化学成分及其重量百分比为：硼0.5～5％，磷5～15％，铬20～30％，铜7～13％，铁为余量。

根据上述技术解决方案作出的另一种优选的含硼高铬铁基钎焊合金的化学成分及其重量百分比为：硼2～4％，磷10～15％，铬20～27％，铜8～12％，铁为余量。

根据上述技术解决方案研制的含硼高铬铁基钎焊合金为粒度为150～300目的近球形合金粉末，其制备步骤是将纯度大于99.99％的纯铁、硼、磷、铬和铜，按所述比例配好后放入真空电弧熔炼炉中熔炼成合金锭，熔炼温度为1570～1600℃，熔炉压力为5.8×10^-1MPa，熔炼时间为7min～10min；之后将熔炼好的合金锭熔融为温度高于1280℃的金属液流，采用0.5～3MPa氩气冲击金属液流，使之雾化为细小的液滴，在液滴沉降中以104～106℃/s的冷却速度快速冷凝至室温，即制备获得粒度为150～300目的近球形合金粉末。

所述含硼高铬铁基钎焊合金适用于不锈钢或高温合金等材料的高温真空钎焊，具体焊接使用时，利用有机树脂胶将该钎焊合金粉末调和成膏状，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊母材之间，用夹具固定后，将固定夹装好的样品放置在真空炉中进行高温真空钎焊，焊接温度为1000℃～1200℃，钎焊时间为10～30分钟，炉内压力不高于4×10^-3Pa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、为了在提高高温真空钎焊过程中液体钎料合金和被焊合金之间润湿性的同时降低制造成本，本发明选择铁元素作为钎焊合金基体，用以替代镍和钴元素，其间为了降低钎料熔点、控制钎料熔化温度范围，在钎焊合金中又加入了硼和磷元素，而硼元素在钎焊合金中的扩散速率较大，也有利于缩短连接时间，提高生产效率，另外，为了提高焊后性能，在钎焊合金中加入了加入铬元素以强化接头性能，并且可以提高焊后抗高温氧化性能。

二、本发明较好地解决了目前镍基和钴基钎焊合金制造成本高、价格昂贵的问题，采用本发明含硼高铬铁基钎焊合金焊接不锈钢和高温合金等材料，焊接后没有裂纹或溶蚀等现象出现，可实现高质量优质连接，其方法简单有效。

三、采用本发明所述钎焊合金对不锈钢或高温合金进行焊接，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平，抗高温氧化性能良好。

附图说明

图1是本发明一种实施例(实施例1)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图2是本发明另一种实施例(实施例2)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图3是本发明第三种实施例(实施例3)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图4是本发明第四种实施例(实施例4)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图5是本发明第五种实施例(实施例5)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图6是本发明第六种实施例(实施例6)产品用于焊接后的样品拉伸性能测试结果图。

图7是本发明第六种实施例(实施例6)产品用于焊接后的氧化试验前后样品的质量对比图。

具体实施方式

实施例1

一种含硼高铬铁基钎焊合金，其化学成分为：硼0.6wt.％，磷15wt.％，铬22wt.％，铜10wt.％，铁为余量。

制备方法：将纯度大于99.99％的纯铁、硼、磷、铬和铜，按所述比例配好后放入真空电弧熔炼炉中熔炼成合金锭，熔炼温度为1570～1600℃，熔炉压力为5.8×10^-1MPa，熔炼时间为10min；之后将熔炼好的合金锭熔融为温度高于1280℃的金属液流，采用2MPa氩气冲击金属液流，使之雾化为细小的液滴，在液滴沉降中以105℃/s 的冷却速度快速冷凝至室温，即制备获得粒度为150～300目的近球形合金粉末。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对304不锈钢合金棒施以高温真空钎焊。待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)为，C：≤0.07％，Si：≤1.00％，Mn：≤2.00％，P：≤0.035％，S：≤0.030％，Ni：8.00～11.00％，Cr：17.00～19.00％，铁为余量。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1050℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。图2是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

实施例2

一种含硼高铬铁基钎焊合金，其化学成分为：硼5wt.％，磷15wt.％，铬22wt.％，铜12wt.％，铁为余量。

制备方法同实施例1。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对304不锈钢合金棒施以高温真空钎焊。待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)与实施例1用棒材料相同。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1050℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。图2是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到镍基钎焊材料水平。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

实施例3

一种含硼高铬铁基钎焊合金，其化学成分为：硼2.5wt.％，磷13wt.％，铬22wt.％，铜11wt.％，铁为余量。

制备方法同实施例1。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对304不锈钢合金棒施以高温真空钎焊。待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)与实施例1用棒材料相同。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1070℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。图3是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

实施例4

一种含硼高铬铁基钎焊合金，其化学成分为：硼4wt.％，磷12wt.％，铬20wt.％，铜9wt.％，铁为余量。

制备方法同实施例1。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对304不锈钢合金棒施以高温真空钎焊。待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)与实施例1用棒材料相同。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1070℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。图4是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

实施例5

一种含硼高铬铁基钎焊合金，其化学成分为：硼3.5wt.％，磷11wt.％，铬27wt.％，铜10wt.％，铁为余量。

制备方法同实施例1。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对304不锈钢合金棒施以高温真空钎焊。待焊304不锈钢合金棒材料的化学成分(wt.％)与实施例1用棒材料相同。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1120℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。图5是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

实施例6

制备方法同实施例1。

采用本实施例的含硼高铬铁基钎焊合金对36L不锈钢合金棒施以高温真空钎焊，并对钎焊后接头进行了高温氧化试验，试验温度870℃，氧化时间24。实际焊接过程中，先去除不锈钢合金棒表面氧化皮，加工成Φ14mm×4mm的样品；使用500～800号砂纸将待焊接面磨平和磨光，在丙酮中超声清洗15分钟去除样品表面油污；使用有机树脂胶将的含硼高铬铁基钎焊合金粉末调和成膏状(有机树脂质量百分含量不超过15％)，将膏状钎焊合金材料放置在两个待焊样品之间，用夹具固定，在样品外表面涂阻流剂防止液态中间层流失；将装配好的样品放置在真空炉中进行焊接，焊接温度为1120℃，时间为10分钟，炉内气压不高于4×10^-3Pa；焊接结束后炉冷至室温。将钎焊后的样品加工表面研磨、抛光并清洗后，放入马弗炉中进行氧化试验，试验温度870℃，氧化时间24h，采用天平称量氧化试验前后样品的质量。图6是连接后样品的拉伸性能测试结果，由该图可见，焊接后接头的抗拉强度达到BNi5(镍基钎焊材料)水平。图7是氧化试验前后样品的质量对比图，由该图可见，经过24h的氧化后，样品并没有明显的氧化增重。另通过观察焊接后样品的微观组织可见，样品内没有出现液化现象。

Claims

1.一种含硼高铬铁基钎焊合金，其特征在于：按重量百分含量计，该含硼高铬铁基钎焊合金化学成分为：硼0.5～5％，磷3～15％，铬20～35％，铜6～14％，铁为余量。

2.根据权利要求1所述的含硼高铬铁基钎焊合金，其特征在于：按重量百分含量计，该含硼高铬铁基钎焊合金化学成分为：硼0.5～5％，磷5～15％，铬20～30％，铜7～13％，铁为余量。

3.根据权利要求1所述的含硼高铬铁基钎焊合金，其特征在于：按重量百分含量计，该含硼高铬铁基钎焊合金化学成分为：硼2～4％，磷10～15％，铬20～27％，铜8～12％，铁为余量。

4.根据权利要求1或2或3所述的含硼高铬铁基钎焊合金，其特征在于：该含硼高铬铁基钎焊合金为粒度为150～300目的近球形合金粉末，其制备步骤是将纯度大于99.99％的纯铁、硼、磷、铬和铜，按所述比例配好后放入真空电弧熔炼炉中熔炼成合金锭，熔炼温度为1570～1600℃，熔炉压力为5.8×10^-1Pa，熔炼时间为7min～10min；之后将熔炼好的合金锭熔融为温度高于1280℃的金属液流，采用0.5～3MPa氩气冲击金属液流，使之雾化为细小的液滴，在液滴沉降中以104～106℃/s的冷却速度快速冷凝至室温，即制备获得粒度为150～300目的近球形合金粉末。