权利要求

1.一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，其特征在于，所述材料包括以下重量百分比的原料：Pd 68.5- 71.5%、Ag 28.0-31.5%、Zr 0.1-0.5%，不可避免的杂质≤0.5%。

2.根据权利要求1所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料，其特征在于，所述材料包括以下重量百分比的原料：Pd 70%、Ag 29.7%、Zr 0.3%。

3.根据权利要求1所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料，其特征在于，所述异种金属为K金、铂金、不锈钢、银铜合金中的一种。

4.一种如权利要求1-3中任一所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

熔炼：将高纯度钯、银及锆，在真空感应熔炼炉或电弧熔炼炉中进行熔炼，真空度不低于5×10-3Pa，熔炼温度1600-1700℃;

塑性加工：将铸锭在800-900℃下进行热锻和热轧，随后进行冷轧，制备箔带片材;

热处理：在真空或保护气氛下，于750-850℃进行再结晶退火处理，时间1-2小时，获得均匀的等轴晶组织。

5.根据权利要求4所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼的步骤，重复熔炼3次以上。

6.根据权利要求4所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料的制备方法，其特征在于，所述塑性加工的步骤中，所述带片材的厚度为0.1-0.3mm。

7.一种如权利要求1-3中任一所述的钛合金与异种金属熔合焊接的材料在连接钛记忆合金与异种金属中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

表面处理：对钛记忆合金和异种金属的待连接表面进行精细打磨、抛光，并进行超声清洗和酸洗活化，以去除氧化膜和油污;

装配：将所述钛合金与异种金属熔合焊接的材料作为中间层连接套筒置于待连接表面之间;

真空微束脉冲激光熔合：在真空室中进行，真空度≤ 5×10-3 Pa，彻底杜绝气体污染，采用脉冲激光器进行脉冲焊接，激光功率30-50W，脉冲宽度1-5ms，频率50-200Hz，光斑直径0.1-0.3mm，扫描速度1-5mm/s;

焊后处理：在真空环境下缓慢冷却至300℃以下，再充入高纯氩气冷却至室温，以释放残余应力。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料及制备方法、应用。

背景技术

[0002]钛及其形状记忆合金因其优异的比强度、生物相容性和独特的功能特性，在高端钟表、珠宝、医疗器械和航空航天领域应用广泛。然而，钛金属固有的高化学活性、易氧化性以及与其他金属在物理性能(如热膨胀系数、熔点)和冶金学上的极差相容性，使其成为世界上最难与异种金属焊接的材料之一。

[0003]目前存在的技术瓶颈包括：

[0004]脆性相问题：钛在高温下极易与Fe、Cu、Cr、Co等常见合金元素反应，生成TiFe2、TiCu2、TiCr2等硬脆的金属间化合物(IMC)相，导致接头塑性急剧下降，在应力下发生脆性断裂;

[0005]氧化污染：钛在超过400℃时会剧烈吸收氧、氮、氢，导致焊缝污染、气孔和性能劣化，要求焊接过程必须在极高纯度的保护气氛或真空下进行;

[0006]热应力裂纹：钛与大多数金属的热膨胀系数差异显著，在冷却过程中产生巨大的残余应力，引发裂纹;

[0007]功能特性破坏：对于钛记忆合金，过高的热输入和不相容的界面反应会改变其相变温度，破坏其形状记忆效应和超弹性。

[0008]现有技术中，只有已知的钽或铌金属是可与钛熔合不产生排斥，但钽或铌熔点达2500-3000℃，材质加工工艺限制极大及生产成本高昂，不能量产，其他的金属则一律出现不相容、脆化及断裂现象，结构承受力、抗拉力断崖式下降;目前未有材料或技术可同时解决界面脆性、高抗拉力、高抗扭力、高温性能和记忆功能保持等多重挑战。

发明内容

[0009]本发明实施例的目的在于提供一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

[0010]本发明实施例是这样实现的，一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，所述材料包括以下重量百分比的原料：Pd 68.5-71.5%、Ag 28.0-31.5%、Zr 0.1-0.5%，不可避免的杂质≤0.5%。

[0011]本发明实施例的另一目的在于提供一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料的制备方法，包括以下步骤：

[0012]熔炼：将高纯度钯、银及锆，在真空感应熔炼炉或电弧熔炼炉中进行熔炼，真空度不低于5×10-3Pa，熔炼温度1600-1700℃;

[0013]塑性加工：将铸锭在800-900℃下进行热锻和热轧，随后进行冷轧，制备箔带片材;

[0014]热处理：在真空或保护气氛下，于750-850℃进行再结晶退火处理，时间1-2小时，获得均匀的等轴晶组织。

[0015]本发明实施例的另一目的在于提供一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料在连接钛记忆合金与异种金属中的应用。

[0016]本发明实施例提供的一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，通过Pd 68.5-71.5%、Ag 28.0-31.5%的配比保证合金高熔点(~1450-1520℃)以满足高温服役要求的同时，利用银的添加有效降低了材料的整体熔点(相对于纯钯)，减少了焊接所需的热输入，从而减轻了对钛记忆合金热影响区的损害;银的引入，在与钛反应时优先形成TiAg相，该相比TiPd2相更具塑性，能够作为缓冲层，有效抑制或延缓更脆的TiPd2相的形成和过度生长，将界面脆性层厚度控制在1.5μm以下;通过添加Zr在焊接过程中优先与界面氧反应，净化界面，提高钎料润湿性，同时，Zr元素可固溶于钯银合金和界面反应层中，细化晶粒，进一步提高界面层的强韧性和抗蠕变性能;

[0017]与现有技术相比，具有以下显著优点：

[0018]从根本上抑制脆性相： 通过独特的钯和银的成分以及配比设计和Zr微合金化，将界面脆性层(TiAg+微量TiPd2)的厚度精确控制在0.5-2.0μm的安全范围内，实现了强韧的冶金结合;

[0019]接头性能卓越：接头强度高，抗拉强度≥350 MPa，达到钛记忆合金基体的85%以上，同时具有良好的疲劳性能和耐腐蚀性;

[0020]保护记忆功能：较低的工艺温度和精准的脉冲激光热输入，使钛记忆合金的热影响区最小化，其相变温度偏移(ΔAs)小于5℃，完美保留了其形状记忆效应和超弹性;

[0021]色泽完美匹配：合金呈银白色，与铂金、K白金色泽高度一致，实现了与K金饰品连接的美学隐形(色差ΔE < 1.5)，这是传统黄色钎料无法实现的;

[0022]工艺适应性强： 该合金可用于连接钛记忆合金与多种异种金属，如18K金、950铂金、316L不锈钢、银铜合金等，应用范围覆盖钟表、珠宝、眼镜及医疗器械多个高附加值领域。

附图说明

[0023]图1为本发明实施例1提供的力学性能测试过程及结果示意图;

[0024]图2为本发明实施例2提供的材料末端收尾实物图;

[0025]图3为本发明实施例2提供的应用的流程图;

[0026]图4为本发明实施例提供的应用结果图。

具体实施方式

[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0028]以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

[0029]实施例1、一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，其制备方法包括以下步骤：

[0030]熔炼：将高纯度钯(Pd，≥99.95%)、银(Ag，≥99.99%)及锆(Zr)，在真空感应熔炼炉或电弧熔炼炉中进行熔炼，真空度不低于5×10-3Pa，熔炼温度1600-1700℃，其中Pd 70%、Ag29.7%、Zr 0.3%，反复熔炼至少3次以确保成分均匀;

[0031]塑性加工：将铸锭在800-900℃下进行热锻和热轧，随后进行冷轧，制备箔带片材，最终制成厚度为0.1-0.3mm的箔带片材;

[0032]热处理：在真空或保护气氛下，于750-850℃进行再结晶退火处理，时间1-2小时，获得均匀的等轴晶组织。

[0033]对实施例1制备的材料进行力学性能测试，如图1所示，拉力在23.86公斤力，大于350MPa，与其他金属接头强度<200MPa相比，明显更高。

[0034]实施例2、一种钛合金与异种金属熔合焊接的材料，其制备方法包括以下步骤：

[0035]熔炼：将高纯度钯(Pd)、银(Ag)及锆(Zr)，在真空感应熔炼炉或电弧熔炼炉中进行熔炼，真空度不低于5×10-3Pa，熔炼温度1600-1700℃，其中Pd 70%、Ag 29.85%、Zr 0.15%，反复熔炼至少3次以确保成分均匀;

[0036]塑性加工：将铸锭在800-900℃下进行热锻和热轧，随后进行冷轧，制备箔带片材，最终制成厚度为0.1-0.3mm的箔带片材;

[0037]热处理：在真空或保护气氛下，于750-850℃进行再结晶退火处理，时间1-2小时，获得均匀的等轴晶组织，其末端收尾实物图如图2所示。

[0038]将实施例2制备得到的材料应用在1mm圆径钛记忆合金与14K/18K金的连接，其流程包括以下步骤，如图3所示：

[0039]表面处理：对钛记忆合金和异种金属的待连接表面进行精细打磨、抛光，并进行超声清洗和酸洗活化，以去除氧化膜和油污;

[0040]装配：将所述钛合金与异种金属熔合焊接的材料作为中间层连接套筒置于待连接表面之间;

[0041]真空微束脉冲激光熔合：在真空室中进行，真空度≤ 5×10-3 Pa，彻底杜绝气体污染，采用脉冲激光器进行脉冲焊接，激光功率30-50W，脉冲宽度1-5ms，频率50-200Hz，光斑直径0.1-0.3mm，扫描速度1-5mm/s;

[0042]焊后处理：在真空环境下缓慢冷却至300℃以下，再充入高纯氩气冷却至室温，以释放残余应力;

[0043]该过程成功抑制了Ti-Fe脆性相的形成;界面反应层厚度：1.2μm;满足了力学承载和密封要求，接头抗拉强度为350 MPa(约为TiNi基体的85%)，疲劳测试：>100,000次开合循环无损坏(远超行业标准)。

[0044]将实施例2制备得到的材料应用在珠宝焊接，其成品如图4所示。

[0045]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

说明书附图(4)