一种适用于瞬间液相扩散焊的镍基中间层材料

一种适用于瞬间液相扩散焊的镍基中间层材料

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别涉及适用于瞬间液相扩散焊的镍基非晶中间层合金材料。

背景技术

瞬间液相扩散焊是利用中间层的自身熔化或与母材发生共晶反应在连接界面上获得一定数量的液相，同时该液相又起到扩散桥的作用加速扩散，液相中的降低熔点(Melting point depressant，简称MPD)的元素迅速向基体扩散，使得结合界面化学成分明显改变，导致在一定温度下保温一段时间结合界面再次凝固，即“等温凝固”。液相经过等温凝固、固相成分均匀化，最后得到与母材化学成分和组织均匀一致的焊接接头和连续的接合面组织。在现有技术的瞬时液相扩散焊焊接材料领域中，都是根据被焊材料选择中间层合金，在铸铁管与钢管的焊接中，一般采用了Ni基非晶金属箔，厚度为40μm左右(要求母材表面粗糙度在30μm以下)。在Cr-Mo钢管的焊接中采用了Fe-Cr-Si-Mo-B系非晶金属箔，厚度为25μm左右；在不锈钢管的焊接中采用了厚度为25μm的Ni-Cr-Si-B系非晶金属箔，均取得了比较好的结合性能。在专利文献CN 1191383C中介绍了一种瞬时液相扩散焊铁基非晶中间层合金。该专利所使用的为铁基材料，焊接温度较高(1200以上)，会加速母材晶粒长大，对焊接接头的冲击韧性特别是低温冲击韧性是不利的，并且文献尚未涉及到低合金钢、低合金钢/不锈钢复合材料的瞬间液相扩散焊用中间层合金。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适用于瞬间液相扩散焊的镍基中间层材料，实现低合金钢、不锈钢、低合金钢/不锈钢复合材料间的瞬时液相扩散焊。

本发明采用的技术方案是：适用于瞬间液相扩散焊镍基中间层材料，是镍基非晶合金材料，各元素化学成分重量百分比为：Si 4.3～7％，B 3～8％，其余为镍。

瞬间液相扩散焊镍基非晶中间层合金熔点温度为：950～1050℃。

对于待焊的铁基材料，可选用Ni基非晶态箔带钎料的原因有：(1)镍具有良好的综合力学性能，特别是能提高焊缝区域的韧性，且铁在奥氏体状态能与镍完全固溶，这既有利于润湿的顺利进行，又有利于避免金属间化合物等脆性相的形成；(2)镍为非碳化物形成元素，可避免在焊接区形成新的化合物相；(3)加入B、Si可使Ni-B-Si体系合金熔点降低至1000℃以下，容易形成熔点较低的合金，可以改善焊缝的力学和化学性能。中间层合金选用Ni-Si-B系三元合金。降熔元素选用原子半径较小、扩散速度较快且不易形成有害的生成相的B元素。可以看出，加入B、Si可使Ni-B-Si体系合金熔点降低至1000℃以下，容易形成熔点较低的合金。

因此，根据以上所述，Ni、Si和B三种元素在较大的成分范围内均可获得熔点适中(约1000℃)、适于钢铁件瞬间液相扩散焊接用中间合金，亦即，Ni-Si-B三元合金是一种最为理想的瞬间液相扩散焊接用中间层合金。

利用本发明涉及的镍基非晶中间层合金，可对低合金钢、不锈钢、低合金/不锈钢复合材料进行瞬间液相扩散焊。焊缝及热影响区强度高、韧性好，且适用广泛，制作简单、便捷。

具体实施方式

实施例1：

镍基非晶中间层合金化学成分：Si 5％，B 3％，其余为镍。

制作过程：将母合金放入底部开有喷嘴的石英试管中，在将试管置入配有真空罩的辊轮顶部，抽真空后反充高纯Ar(99.9％)至一定压力，反复2-3次之后使用高频加热设配加热样品，达到一定温度后，保温一段时间，向石英试管中吹入高压Ar气，液态合金迅速喷敷在高速旋转的铜辊表面，快速凝固成厚约30m的Ni-Si-B中间层合金箔。

使用该成分合金对低合金钢16Mn进行瞬间液相扩散焊，焊接温度为1130℃，焊后进行力学性能测试，结果为：拉伸断裂位置为热影响区，抗拉强度Rm＝575MPa，弯轴直径为D＝6t，弯曲180°无裂。

实施例2：

镍基非晶中间层合金化学成分：4.3％，B 8％，其余为镍。制备方法同实施例1。

使用该成分合金对316L不锈钢进行瞬间液相扩散焊，焊接温度为1180℃，焊后进行力学性能测试，结果为：拉伸断裂位置为热影响区，抗拉强度Rm＝620MPa，弯轴直径为D＝6t，弯曲180°无裂。

实施例3：

镍基非晶中间层合金化学成分：7％，B 5％，其余为镍。制备方法同实施例1。

使用该成分合金对16Mn/316L复合板进行瞬间液相扩散焊，焊接温度为1200℃，焊后进行力学性能测试，结果为：拉伸断裂位置为母材，抗拉强度Rm＝600MPa，弯轴直径为D＝6t，弯曲180°无裂。