近共晶組成鎳基夾層釬焊箔的制作方法
【專利說明】近共晶組成鎳基夾層釬焊箔
[0001]本申請要求提交日為2013年3月14日的美國臨時專利申請?zhí)?1/782，922的權益。
技術領域
[0002]本發(fā)明一般涉及材料技術的申請，并且更具體地涉及對修復或接合鎳基超合金部件有用的釬焊材料。
【背景技術】
[0003]人們認識到，超合金材料的修復變得困難，這是由于它們對焊接凝固裂紋和應變時效裂紋的敏感性。術語“超合金”在本文中被使用，因為它是本領域常用的；即，在高溫下表現出優(yōu)異的機械強度和耐蠕變性的高度耐腐蝕和耐氧化的合金。超合金通常包括高的鎳或鈷的含量。超合金的例子包括以商標和品牌名稱哈氏合金，鉻鎳鐵合金(例如IN738，IN792，IN939)，雷內合金(例如 ReneN5，Rene80，Renel42)，海恩斯合金，Mar M，CM 247，CM247LC，C263，718，X-750，ECY768，282，X45，PffA 1483 和 CMSX (例如 CMSX-4)單晶合金在售的合金。
[0004]在一些應用中，釬焊工藝被用于修復或接合超合金材料。而釬焊接頭通常被理解為機械上比焊接接頭弱，并且由于釬焊材料的相對低的熔化溫度，其具有較低的可接受的工作溫度，釬焊修復在特定的較低應力和/或較低溫度的應用中可能是可接受的。
[0005]使用硼或硅作為熔點抑制劑材料的典型釬焊材料對超合金基底材料具有有限的價值，因為它們產生有害相，從而降低了接頭和修復區(qū)域的延展性。結合鉿或鋯的不含硼和硅的釬焊合金已經被開發(fā)，聲稱其機械性能高達基超合金性能的80%。與本申請共同轉讓的美國專利8，840，942，公開了具有鈦基，無硼和硅的釬焊合金的超合金材料的修復。
【附圖說明】
[0006]本發(fā)明在以下描述中鑒于附圖進行說明，附圖示出:
[0007]圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的釬焊箔的剖面圖。
[0008]圖2是按照本發(fā)明的一個實施例的由箔制成的釬焊接頭的橫截面的照片。
【具體實施方式】
[0009]本發(fā)明人已成功地使用粉末形式的高強度無硼和硅的釬焊合金用于超合金材料的修復。然而，發(fā)明人已經發(fā)現，這樣的高強度釬焊合金因為其強度和脆性，可能難以制造為箔。
[0010]單獨的附圖示出了釬焊箔10，其在熔化時將具有所期望的高強度組成并適于與超合金材料一起使用，但它被形成為三層12，14，16的夾層，其中每一層均具有足夠的延展性以有利于被制造成箔。例如，美國專利8，640，942描述了 N1-T1-Cr的近共晶三元合金，其在固體形式是脆性的，例如具有20% Cr-20% T1-60% Ni的重量百分比組成的合金。本文所引述的所有組成百分數都是重量百分數，根據本發(fā)明，這種組成可以由均比近共晶合金更易延展且更容易制造成箔的組成部分形成，諸如當層12和16由18-22% Cr-余量鎳形成，并且層14由100% Ti形成時。在本實施例中，與三元組成相比，鉻鎳和鈦層相對易延展，并且它們可以一起被乳制至所期望的厚度以形成在熔化時表現出所期望的組成的箔10。各個層的厚度可以被控制，以在熔融箔中實現所期望的組合的組成。在一個實施例中，每個層12，14，16均具有相等的厚度，并且箔10的總厚度可以小于75微米，雖然對于特定應用可以使用其他相對厚度和總厚度。
[0011]有利的是，每一層的材料被選擇為使得在各自的層之間的界面18，20處，接觸層12/14，14/16的材料擴散并協作以形成所期望的共晶或近共晶組成，使得在共晶溫度或高于共晶溫度，箔10將在層界面18，20中的每個處開始熔化。術語“近共晶”在本文中被使用，以包括具有小于25°C的熔化溫度范圍的任何合金。一旦熔化開始，接觸熔融材料的熔池的來自于層12/14，14/16中的每一個的額外材料將添加到該熔體中，從而在熔池中保持相對穩(wěn)定的配方(formulat1n)，直到整個箔10被恪化。因此，層的組成組成和厚度可以如下方式被選擇和制造，即在界面18，20處建立共晶或近共晶組成，然后在熔化進程中維持所期望的共晶或近共晶組成。
[0012]該圖的示例包括三層，但本領域技術人員可以理解，在其他實施例中也可以使用其它數量的層，只要所期望的配方在每個界面被建立并在所述層熔化時被保持。例如，兩層箔可以通過抵靠純鈦、鉿或鋯層接合鉻-鎳合金層來形成，諸如可以設想通過附圖的單獨層14和16形成。這樣的箔可以通過在基底表面的頂部設置所述箔，合金側朝下，然后加熱所述組件以熔化箔，從而至少部分地填充裂紋并再造一個無裂紋表面，被用于填充超合金基底的較小表面裂紋。
[0013]通常，純金屬層傾向于比金屬的合金更易延展，因此對于三元合金，提供中間層14作為純金屬，并有兩個其它金屬的合金作為頂部層12和底部層16可能是有用的。例如，無硼和硅的釬焊合金夾層箔可以由為Cr-Ni的層12，16和為鈦或鉿或鋯的層14形成。當這樣的箔被用來釬焊兩鄰接的鎳基超合金基底時，當加熱和熔化進行時該鉻鎳層與超合金基底接觸。有利地，這避免了純金屬層和合金基底之間的接觸，這種接觸否則可能在加熱和熔化過程期間形成不希望的金屬間化合物。
[0014]在一個實施例中，如圖2的照片所示，三層箔10已經被用于將兩個合金247基底釬焊在一起，例如可形成燃氣渦輪發(fā)動機組件的部分。已知合金247具有標稱重量百分比組成:8.3Cr，10Co，0.7Mo，10W，5.5Al，lTi，3Ta，0.14C，0.015B，0.05Zr 和 1.5Hf,余量 Ni。在本實施例中，在熔化之前，層12和16中的每一個均為20% Cr -余量NL，層14為100%Ti，并且每一層均具有25微米的標稱厚度。箔和基底然后被加熱至1230°C，持續(xù)12小時，然后被冷卻，以形成在圖2中所示的接頭。釬焊接頭的厚度比未熔化的箔10的75微米厚度稍小。在其它實施例中，兩個鉻鎳層12，16可以是在5-22%鉻的范圍內，并且中間層14可以是鈦或另一種熔化溫度抑制材料，諸如鉿或鋯。
[0015]盡管各種本發(fā)明的實施例已被示出和描述，但是很明顯，這些實施例僅通過示例的方式被提供。許多變化、改變和替換可以被作出而不脫離本發(fā)明。尺寸和組成應被理解為允許通常的制造公差。例如，以百分比表示的組合物將通常被理解為在所述值的±0.5%內，而“純”被理解為包括對功能性結果無關緊要的一些微量雜質。
【主權項】
1.一種釬焊箔，其包括: 分別包括鉻鎳合金的頂層和底層；以及 設置在所述頂層和所述底層之間的純金屬的中間層。2.根據權利要求1所述的釬焊箔，其中所述中間層是鈦。3.根據權利要求1所述的釬焊箔，其中所述中間層是鉿。4.根據權利要求1所述的釬焊箔，其中所述中間層是鋯。5.根據權利要求1的釬焊箔，其中所述頂層和所述底層分別包括具有5-22%Cr -余量Ni的組成的合金。6.根據權利要求1所述的釬焊箔，進一步包括: 所述頂層和所述底層中的每一個均是20% Cr -余量Ni ;并且 所述中間層為100% Ti。7.根據權利要求6所述的釬焊箔，其中所述頂層、所述中間層和所述底層中的每一個均具有25微米的標稱厚度。8.根據權利要求1所述的釬焊箔，進一步包括所述頂層和所述底層的組成，所述組成被選擇為在與所述中間層的相應界面處形成近共晶合金。9.一種釬焊箔，其包括: 鉻鎳合金層；和 設置成抵靠所述鉻鎳合金層的純金屬層，其中所述純金屬選自鈦、鉿和鋯的組中。10.根據權利要求9所述的釬焊箔，進一步包括鉻鎳合金，所述鉻鎳合金具有對在與所述純金屬層的界面處形成近共晶合金有效的組成。11.根據權利要求9所述的釬焊箔，其中所述鉻鎳合金層是鉻鎳合金的第一層，并且進一步包括鉻鎳合金的第二層，所述鉻鎳合金的第二層被設置成抵靠所述純金屬層的與所述鉻鎳合金的第一層相對的一側。12.根據權利要求9所述釬焊箔，其中所述純金屬層是鈦。13.根據權利要求9所述的釬焊箔，其中所述純金屬層是鉿。14.根據權利要求9所述的釬焊箔，其中所述純金屬層是鋯。15.根據權利要求9所述的釬焊箔，其中所述鉻鎳合金層具有5-22%Cr-余量Ni的組成。
【專利摘要】由不同組成的多個層(12，14，16)形成的釬焊箔(10)，其中所述箔的組合熔體具有所期望的釬焊組成，并且其中每一層具有足夠的延展性以被軋制成箔形式，即使所期望的釬焊組成過強或脆而不能被制造成箔。層之間的每個界面(18，20)可形成近共晶組成以在共晶溫度下引發(fā)熔化，所述層的厚度被選擇為，當熔化遠離界面進行時，該近共晶組成在熔池內被保持。對于某些鎳基超合金釬焊應用，具有純鈦、鉿或鋯層的箔可以被夾設在相應的5-22％鉻-余量鎳的合金層之間。
【IPC分類】B23K35/02, B23K35/30, B23K35/32, C22C19/05
【公開號】CN105246643
【申請?zhí)枴緾N201480014399
【發(fā)明人】K·奧茲貝薩爾, A·卡梅爾
【申請人】西門子能源公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2014年2月3日
【公告號】EP2969377A1, US20140272450, WO2014158349A1