快速外延高温钎焊单晶高温合金

针对损坏的单晶部件的钎焊修复，Britta Laux等开发了一种用于快速外延高温钎焊的钎料，原理是采用一种镍基合金体系，其中的降熔元素可使钎缝实现单相凝固，从而完全避免了作为杂晶形核位置的第二相的形成。Mn由于其低偏析倾向和在Ni中大的固溶度（Ni、Mn无限互溶），是一个理想的降熔元素。采用Ni-Mn系钎料钎焊单晶合金，可实现钎缝的快速外延凝固，而不生成第二相和杂晶。

根据Ni-Mn相图，以Ni-Mn共析成分为基，设计了Ni-36.7Mn、Ni-20Mn-2Si、Ni-25Mn-2Si钎料，对成分为Ni-7.5Co-7.0Cr-1.5Mo-5.0W-6.5Ta-6.2Al-3.0Re的单晶合金进行了钎焊试验。三种钎料的熔化温度范围分别为：1114～1150℃、1176～1250℃和1139～1197℃，钎焊温度T_B分别为1160℃、1260℃和1210℃，保温30min，从钎焊温度到钎焊终了温度（T_F）1000℃的冷却时间（t_BF）为5h，匀速冷却或在冷却过程中设1～5个保温段，如图18-7所示。采用这三种钎料在上述规范下钎焊单晶合金，接头间隙为300μm，均获得了具有单晶组织结构的钎焊接头，钎缝区域取向差不超过8°，如图18-8所示。后又尝试在Ni-Mn基钎料加入Cr、Al、Ti进行合金化，配制的几种钎料成分见表18-28。钎焊温度T_B为1200～1260℃，钎焊保温时间为1h，钎焊终了温度（T_F）为880℃，焊后按以下规范进行热处理：1080℃×1h+850℃×2h，如图18-9所示。

图18-7 不同的钎焊热循环 Fig.18-7 Different brazing cycles

图18-8 Ni-20Mn-2Si钎料钎焊接头EBSD分析结果 （T_B=1260℃，T_F=1000℃，t_BF=300min） a）SEM图像 b）错配度 c）<001>极图 Fig.18-8 EBSD analysis （Ni-20Mn-2Si，T_B=1260℃，T_F=1000℃，t_BF=300min）(www.xing528.com)

表18-28 几种钎料成分及其熔化温度^[49] Table 18-28 Composition and melting temperatures of some braze alloys^[49]

图18-9 钎焊及焊后热处理热循环 Fig.18-9 Brazing cycles with following treatment

综上所述，Britta Laux等开发了一种不依靠降熔元素向周围母材扩散的钎焊工艺。与现有以B、Si作降熔元素的钎料相比，可在很短的时间内实现单晶合金裂纹的外延愈合，且研制的钎料均适用于单晶合金的大间隙钎焊。