钎焊工艺对Ni/BNi7+Cu9%钎缝组织及显微硬度的影响

　　为了改善Ni 基钎料钎焊接头脆硬的共晶组织，本文采用BNi7 + 9% Cu 复合钎料对纯镍进行真空钎焊。结果表明: 温度越高，间隙越大，扩散影响区越大，钎缝区显微硬度越低，扩散影响区显微硬度越高。当钎焊接头间隙为30 μm，温度960℃时，钎缝接头主要由等温凝固区、非等温凝固区和扩散影响区组成。等温凝固区为富( Cr、Cu) 的γ( Ni) 固溶体，非等温凝固区为γ( Ni) + Ni3P 共晶组织，扩散影响区为少量的共晶组织和γ( Ni) 固溶体；而温度980℃时，钎焊接头是由中心的Ni3 P组织和扩散影响区的γ( Ni) 固溶体组成。当钎焊接头间隙为100 μm 时，其扩散影响区的范围要比30 μm 的大，在960℃时，钎缝填充不好，有很多孔洞。

　　镍基系列钎料钎焊接头具有强度高、抗氧化、耐腐蚀，尤其是具有优异的高温性能，被广泛的用于生产形状复杂、工作条件恶劣的高温组件中，特别在航空、航天领域应用十分广泛。然而镍基钎料中含有较多的B、Si 等元素降熔元素，易形成脆性共晶组织，致使钎缝变脆，也是裂纹产生的源头。为了减少共晶组织对钎缝的影响，常常会延长保温时间，进而使已形成脆性共晶组织元素充分扩散。

　　石昆等采用BNi2 钎料，对GH738 与GH4169镍基合金进行真空钎焊，发现随着保温时间的延长，钎缝固溶体的含量增加，当保温45 min 时得到大部分为固溶体的钎缝。M. Pouranvari 等采用非晶态中间层Ni-Si-B( MBF30) 对GTD-111 镍基高温合金进行瞬态液相连，在保温75 min 后可获得完全等温凝固的固溶体组织。尽管长时间保温对形成固溶体有利，但是对于流动性极好，对母材侵蚀较小的BNi7 钎料来说，通过长时间保温达到完全固溶是不能实现的。所以为了降低BNi7 钎料中P 元素对钎缝的危害，可以添加额外金属，使固溶体的量增加，同时降低脆硬的Ni-P 共晶组织含量，提高钎缝组织的性能。路文江等在镍镉硼硅系钎料中加入适量的铜，不但可以使钎料的熔点基本不变，而且还可以增加接头内的固溶体，减少钎料中的金属间化合物，并且提高了钎缝的耐腐蚀性。

　　本文采用BNi7 钎料和纯Cu 粉末制成复合钎料，对纯镍进行真空钎焊，研究不同的钎焊参数下复合钎料形成内部组织及显微硬度，同时了解温度对镍基钎料组织分布的影响。

　　1、实验

　　BNi7 钎料是Ni-Cr-(P) 系钎料，为Ni-Cr-P 三元共晶组织。其化学组成如表1 所示，它的熔点为888℃，适宜钎焊温度在927 ～1093℃之间。当加入9% Cu 时，经热分仪测出，复合钎料的熔点为898℃。

表1 BNi7 的化学成分

　　采用BNi7 钎料粉末和纯铜粉末，配制成质量比为91∶ 9 的复合钎料，选纯镍做母材，其尺寸为20mm × 10 mm × 3 mm，真空钎焊前，首先用砂纸打磨，通过超声波清洗15 min。然后将两块母材装配成搭接接头，中间用厚度为30 μm 镍箔片控制钎焊间隙，如图1 所示，并用中性胶固定钎料。钎焊试验在KJL-1 型多功能科教真空钎焊炉中进行，真空度为5× 10^-3Pa，钎焊工艺分别为：温度960℃、钎焊接头间隙30，100 μm，保温时间为30 min；温度980℃、钎焊接头间隙30，100 μm，保温时间为30 min，试验采用随炉冷却方式。通过VHX-600 型超景深显微镜对钎焊接头组织进行观察，再通过日立S-3400 扫描电镜( SEM) 和能谱分析仪对接头的成分进行分析，最后通过HXD-1000TMC 型显微硬度计对接头进行显微硬度测试，载荷0. 245 N，加载时间15 s。

图1 试样装配示意图

　　3、结论

　　(1) 用镍基钎料BNi7 + 9% Cu 钎焊纯镍时，当钎焊接头间隙为30 μm，温度960℃时，钎缝接头由两边富Cr、Cu 的γ(Ni) 固溶体、中间的γ(Ni) + Ni3P 共晶组织以及扩散影响区少量的共晶组织和γ(Ni) 固溶体组成，而温度980℃时，钎焊接头是由中心的Ni3P 组织和扩散影响区的γ(Ni) 固溶体组成。

　　(2) 相同的温度下，间距越大，扩散影响区越大，相同的间距下，温度越高，扩散影响区就越大。间距越大，内部固溶体的含量越多，越不易形成连续的共晶组织，越有利于钎缝的力学性能。

　　(3) 不同钎焊参数下的钎焊接头显微硬度的分布都是中间高两边低。相同钎焊接头间隙下，钎缝区温度越高，其硬度越低，扩散影响区恰好相反。相同温度下，钎焊接头的显微硬度间距越大，硬度也是越低。