NiAl合金扩散焊工艺的优化

NiAl合金常温塑性和韧性差，熔焊时易在表面形成连续的Al₂O₃膜而使其焊接性很差，因此NiAl合金常采用过渡液相扩散焊。

NiAl与Ni的焊接 很多情况下将NiAl用于以Ni基合金为主体的结构中，采用过渡液相扩散焊可实现NiAl与Ni基合金的连接。

Ni-48Al合金与工业纯Ni过渡液相扩散焊时，可采用厚度51μm的非晶态钎料BNi-3为中间层。BNi-3钎料的成分为Ni-Si4.5％-B3.2％（摩尔分数），钎料的固相线温度984℃，液相线温度1054℃。当加热温度达到1065℃后，钎料熔化形成过渡液相，此时基体尚未熔化，液相与固相之间没有发生扩散（或只有很少的扩散），钎焊接头中的成分分布如图13-14所示，此时接头组织全部为共晶组成。随着保温时间的增加，基体NiAl开始不断地向液相中溶解，使原来不含Al的Ni-Si-B共晶液相中开始含Al，并不断提高其含Al量。

当保温时间为5min时，NiAl／Ni-Si-B／Ni钎焊接头中共晶组织的平均含Al的摩尔分数约2％（见图13-15），并由Ni基体开始向液相中外延生长，进行等温凝固。由于保温时间较短，所得接头中除部分为Ni外延生长的等温凝固组织外，主要是共晶组织。在界面附近的Ni基体中由于B的扩散形成了一个硼化物区，其宽度相当于B在Ni基体中的扩散深度。

从图13-15中还能看到，在界面附近NiAl中由于Al向液相扩散而形成了贫Al区。保温2h后NiAl／Ni扩散焊接头的成分分布如图13-16所示，此时接头中的共晶组织已完全消失，但界面附近Ni基体中的硼化物仍然存在。

图13-14 NiAl与Ni钎焊接头的成分分布（1065℃，保温0min）

M—Ni基体 E—共晶 I—NiAl基体

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图13-15 NiAl与Ni钎焊接头的成分分布（1065℃，保温5min）

M—Ni基体 P—外延生长的先共晶 E—共晶 I—NiAl基体 T—贫Al的过渡区

图13-16 NiAl／Ni扩散焊接头的成分分布（1065℃，保温2h）

M—Ni基体 P—外延生长的先共晶 I—NiAl基体 T—贫Al的过渡区

国产NiAl合金（如IC-6合金）过渡液相扩散焊时，中间层成分在母材的基础上进行了调整，将母材中的Al去掉，为提高抗氧化性加入约Cr7％、B3.5％～4.5％（质量分数），做成0.1mm的粉末层。加热温度为1260℃，等温凝固及成分均匀化时间为36h，所得到的扩散焊接头在980℃、100MPa拉力的作用下，持久时间可达100h。

过渡液相扩散焊方法的典型应用是美国GE公司NiAl单晶对开叶片的研制，制造过程如图13-17所示。先铸造实心叶片，用电火花线切割将叶片从中间切成两半，然后加工叶片内部的空腔结构，最后一道工序是将两半叶片焊接在一起。采用的是过渡液相扩散焊技术，可获得与NiAl单晶力学性能相当的接头。