一种复合钎料钎焊TiC-Ni金属陶瓷材料的方法

本发明涉及陶瓷基复合材料连接，尤其是涉及一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法。

背景技术：

1、tic-ni金属陶瓷融合了陶瓷的高硬度、高耐磨性与金属的导电、导热和塑性优势，广泛应用于切削刀具、耐磨构件、高温服役部件等领域。随着工程应用对构件的载荷、结构复杂度要求提升，单一整体块材已难以满足需求，对tic-ni金属陶瓷的可靠连接工艺提出了更高标准。

2、目前tic-ni金属陶瓷的主流连接工艺为活性钎焊、扩散焊等高温工艺，需在真空或保护气氛下，采用含活性元素的钎料经高温保温实现冶金结合，但该类工艺存在诸多技术缺陷：一是tic陶瓷相与ni基体的热物性参数差异大，高温保温及冷却过程中，界面易形成连续脆性反应层，成为应力集中和裂纹萌生的薄弱点，导致接头易提前失效；二是传统ag-cu-ti、ni-ti-zr等活性钎料与陶瓷界面反应剧烈，易生成粗大的晶态反应产物，且厚度难以精准控制，大幅降低界面韧性与抗裂性；三是多采用炉式整体加热，热惯量高、升降温速率慢，母材热影响区宽，易造成母材组织粗化、性能劣化，同时加剧界面深度扩散与过度反应，导致脆性层长大、残余热应力累积，影响接头尺寸稳定性与服役可靠性。

3、因此，亟需研究一种新型tic-ni金属陶瓷连接方法，在精准调控界面反应层的形貌和厚度的同时，有效降低热输入和界面残余热应力，进而提高钎焊接头的综合性能与服役可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，通过复合钎料特性与钎焊方法的协同适配，从界面反应控制、热输入调控、接头结构优化等多维度解决了传统tic-ni金属陶瓷连接的技术痛点，实现了高强度、高可靠性的精密连接。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，包括以下步骤：

3、s1、将tic-ni金属陶瓷、复合钎料预处理；

4、复合钎料为ni-cu-zr-ti，ni、cu、zr、ti的质量比为45:25:10-20:10-20；

5、s2、在tic-ni金属陶瓷表面制备导电微结构，再将tic-ni金属陶瓷与复合钎料按tic-ni金属陶瓷、复合钎料、tic-ni金属陶瓷的顺序放入夹具，进行脉冲电阻钎焊，冷却，得到钎焊接头，记为tic-ni/ni-cu-zr-ti/tic-ni。

6、优选的，s1中，tic-ni金属陶瓷、复合钎料的预处理包括切割、打磨、清洗、干燥。

7、进一步的，tic-ni金属陶瓷切割的厚度为2-5mm，复合钎料切割的厚度为0.05-0.08mm。

8、本发明中tic-ni金属陶瓷、复合钎料的长度和宽度根据实际情况确定，不作具体限定。

9、进一步的，清洗的过程为：先用乙醇清洗，再用超声水洗，最后再用乙醇清洗。

10、更进一步的，超声水洗的功率≤60w/l，时间为5-15min。

11、优选的，s2中，导电微结构的宽度为10-40μm，导电微结构的间距为20-80μm。

12、本发明中导电微结构的深度根据实际情况确定，不作具体限定。

13、优选的，s2中，脉冲电阻钎焊的峰值电流为130-160a，脉冲宽度为1-5ms，占空比为20%-60%。

14、优选的，s2中，脉冲电阻钎焊的真空度≤0.1pa，温度为940-960℃，时间为6-8s。

15、优选的，s2中，冷却的速率为100-200℃/s。

16、因此，本发明采用上述一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，具有以下有益效果：

17、（1）本发明选用复合钎料ni-cu-zr-ti对tic-ni金属陶瓷材料与tic-ni金属陶瓷材料进行脉冲电阻钎焊连接。其中，复合钎料中ti与zr作为玻璃形成元素构建稳定非晶结构，ni可抑制脆性相核化生长，cu优化钎料流动性，三者协同赋予钎料低熔点、易铺展且抗脆化的特性；配合脉冲电阻钎焊短时、局域加热的特点，大幅缩短钎料与母材的高温接触时间，减少ti、zr活性元素向tic陶瓷相和ni基体的过度扩散，有效抑制脆性碳化物、金属间化合物的生成与连续生长，同时使界面反应层控制在纳米级并呈非连续分布，避免界面成为应力集中和裂纹萌生的薄弱区域。

18、（2）本发明中复合钎料本身的亚稳非晶-纳米复相结构，在脉冲电阻钎焊快速升温熔化、受控快速冷却的工艺协同作用下，钎缝最终形成由非晶残余相、细尺度纳米反应相及金属基体构成的复合结构，既保留了非晶结构无晶界、缺陷少的优势，又借助纳米反应相实现界面强结合；同时该协同作用让接头室温抗剪强度达到84-88mpa，相较于传统真空钎焊方法实现了显著提升，使接头兼具高强度与良好韧性。

19、（3）本发明中脉冲电阻钎焊通过在母材界面制备导电微结构实现电流局域集中加热，仅使复合钎料区域快速升温至熔化温度，大幅减小母材热影响区，避免tic-ni母材因整体高温暴露出现组织粗化、性能劣化；同时短时焊接工艺配合复合钎料的快速熔化铺展特性，减少整体热输入，缩短母材与钎料因热膨胀系数差异产生的变形累积时间，再结合100-200℃/s的受控冷却速率，有效降低接头残余热应力，提升接头的尺寸稳定性与服役可靠性。

20、（4）本发明中复合钎料ni-cu-zr-ti易制备成箔材，且表面处理仅需常规打磨、清洗即可满足焊接要求，无需复杂的预处理工艺；搭配的脉冲电阻钎焊设备结构简单，焊接过程在真空环境下短时完成，焊接效率大幅提升，具有较强的工程推广价值。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：s1中，tic-ni金属陶瓷、复合钎料的预处理包括切割、打磨、清洗、干燥。

3.根据权利要求2所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：tic-ni金属陶瓷切割的厚度为2-5mm，复合钎料切割的厚度为0.05-0.08mm。

4.根据权利要求2所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：清洗的过程为：先用乙醇清洗，再用超声水洗，最后再用乙醇清洗。

5.根据权利要求4所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：超声水洗的功率≤60w/l，时间为5-15min。

6.根据权利要求1所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：s2中，导电微结构的宽度为10-40μm，导电微结构的间距为20-80μm。

7.根据权利要求1所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：s2中，脉冲电阻钎焊的峰值电流为130-160a，脉冲宽度为1-5ms，占空比为20%-60%。

8.根据权利要求1所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：s2中，脉冲电阻钎焊的真空度≤0.1pa，温度为940-960℃，时间为6-8s。

9.根据权利要求1所述的一种复合钎料钎焊tic-ni金属陶瓷材料的方法，其特征在于：s2中，冷却的速率为100-200℃/s。