DD3高温合金与Ti3AlC2陶瓷的真空钎焊

通过对比试验优选出了合适钎料,并进行了后续钎焊试验.在钎焊温度800~900℃,保温时间为10 min的条件下,采用Ag-Cu-Ti钎料实现了DD3镍基高温合金与Ti₃AlC₂陶瓷的真空钎焊连接.利用扫描电镜、能谱仪、XRD等对接头的界面结构进行了分析.结果表明,接头的典型界面结构为DD3/AlNi/Al₃(Ni,Cu)₅+Al(Ni,Cu)+Ag_ss/(Al,Ti)₃(Ni,Cu)₅/Al₄Cu₉+AlNi₂Ti+Ag_ss/TiAg/Ti₃AlC₂.接头的力学性能测试表明,在钎焊温度为850℃,保温时间为10 min的条件下,接头的最高抗剪强度可达135.9 MPa,断裂发生在靠近钎缝的Ti₃AlC₂陶瓷侧.降低和提高钎焊温度对接头界面组织影响不大,但接头强度有一定程度下降.     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti₅Si₃,Zr₂Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti₅Si₃+Zr₂Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

采用复合钎料加压钎焊70%SiCp/Al复合材料

采用机械球磨的方法制备了Al-Si-xSiC(x为体积分数)复合钎料,采用复合钎料实现了70%SiCp/Al复合材料的加压钎焊连接. 利用SEM和EDS确定了钎缝是由α-Al,Si,SiC,Al₂O₃等相组成. 结果表明,在压力作用下SiC颗粒被固定在钎缝区而使得钎缝区的组织类似于复合材料,钎缝中一定的SiC颗粒可以缓解母材与金属钎料之间的热膨胀系数之差,从而减小了焊接残余应力,可以提高接头的强度,而钎焊施加一定的压力则可促进钎料与SiC颗粒的润湿性. 工艺适当时,接头最高强度达到125.7 MPa.     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti5Si3,Zr2Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti5Si3+Zr2Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

颗粒增强复合钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用纳米Si3N4颗粒增强的AgCuTi复合钎料(AgCuTiC)实现了TiAl合金的钎焊连接.利用SEM,EDS及XRD等分析方法确定了TiAl/AgCuTiC/TiAl接头的典型界面结构为TiAl/AlCu2Ti/Ag(s,s)+TiN+ Al4Cu9+Ti5Si3.结果表明,钎焊过程中从TiAl母材溶入液相钎料的活性钛与复合钎料中纳米Si3N4颗粒发生反应,在钎缝中形成了细小的颗粒状TiN,Ti5Si3及Al4Cu9化合物增强的银基复合材料组织.银基复合材料的形成不仅提高了钎缝自身的强度,而且通过降低钎缝的线膨胀系数缓解了接头残余应力,并最终改善了钎焊接头的性能.当采用增强相含量为3％的AgCuTiC钎料在880℃保温5min条件下钎焊时,接头室温平均抗剪强度最高为278 MPa,比采用AgCuTi钎料提高40％.     

钎料形态对半固态加压反应钎焊接头的影响

采用自制不同形态的Al-Si-Mg-Cu-Ti钎料对70% SiC_p/Al复合材料进行了半固态加压反应钎焊,阐述了该焊接方法的内涵,分析了接头组织性能. 结果表明,填充粉末钎料时,钎缝组织为铝合金基体、深灰色环状和块状Ti₇Al₅Si₁₂和块状Ti;填充片状钎料时,钎缝组织为铝合金基体和短棒状Ti₇Al₅Si₁₂. 接头界面结合情况是影响接头性能的主要因素. 填充粉末钎料时,钎料与母材结合充分,原子扩散通道多,接头界面结合好,没有明显分界线,接头力学性能好,抗剪强度达92.1 MPa,断口属于韧脆混合断口;填充片状钎料时,界面处有明显分界线,接头力学性能差,抗剪强度为43.9 MPa,断口为脆性断口.     

直流电热冲击辅助多组分氧化物钎焊SiC陶瓷的工艺及性能

开发了一种直流电热冲击辅助高温钎焊新技术,成功实现了18.77Gd₂O₃?4.83Y₂O₃?28.22TiO₂?8.75ZrO₂?39.43Al₂O₃多组分氧化物钎料与SiC陶瓷母材之间的钎焊连接. 加热元件采用碳纤维编织体,在20 A直流电流及800 W截断功率下,实现了最佳剪切强度为136.27 MPa的SiC钎焊接头. 多组分氧化物钎料中Al₂O₃及TiO₂组分对实现良好的SiC陶瓷钎焊接头至关重要,其中TiO₂组分与SiC在高温下发生反应从而在界面处生成厚度约为10 μm的富Ti界面反应层,Al₂O₃相向母材中渗入而形成的枝状通道起到钉扎效果,有利于提升钎焊接头整体强度. 热输入过大时,SiC母材严重分解,大量C元素向钎缝区扩散,导致钎缝区出现明显裂纹缺陷,剪切强度降低至约60 MPa,断裂完全发生于钎缝区.     

采用Cu-Ti钎料高温连接Si3N4陶瓷

采用Cu80Ti20钎料在1413~1493 K的温度,保温时间5~15 min的工艺条件下分别进行了Si₃N₄陶瓷的高温活性钎焊,在所选工艺条件下均成功得到了无明显缺陷和裂纹的钎焊接头,通过对接头组织和成分的分析,接头的组成为Si₃N₄陶瓷/TiN界面反应层/Cu-Ti化合物+Ti5Si3/TiN界面反应层/Si₃N₄陶瓷.在1413 K保温10min条件下,固溶体中的Ti元素扩散至钎缝与母材的界面并发生反应,形成了致密连续的厚度约为1 μm的反应层.获得了钎焊温度、保温时间、钎缝宽度及界面层厚度等对接头强度的影响规律,在试验中所采用的工艺参数条件下,接头抗剪强度达到了105 MPa.     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化,以AgCu₂₈为钎料,无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明,采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力,提高接头强度,并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧,防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内,钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃,3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高,达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口,可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主,含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

SiC陶瓷与TiAI合金的真空钎焊

采用Ag-Cu-Ti钎料对常压烧结的SiC陶瓷与TiAl金属间化合物进行了真空钎焊,并对接头的微观组织和室温强度进行了研究。结果表明,利用Ag-Cu-Ti钎料可以实现SiC与TiAl的连接;接头界面具有明显的层状结构,即由Ti-Cu-Si合金层、富Cu相与富Ag相的双相层和Ti-Al-Cu合金层组成;在1173K和10min的钎焊条件下,接头室温剪切强度达到173MPa。     

一种新型钛基钎料合金对γ-TiAl合金的钎焊性

在钎焊温度范围为1050 ~ 1125 ℃下保温10 min,采用非晶Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo钎料成功地实现了Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B (原子分数,%)合金钎焊连接. 运用SEM,EDS,XRD,TEM和维氏硬度仪等分析研究了铸态和箔带钎料显微组织、温度(900 ~ 1125 ℃)和保温时间(0 ~ 15 min)对铸态钎料在TiAl基合金表面上润湿铺展面积的影响,以及钎焊接头中界面显微组织和维氏硬度在不同钎焊温度下的变化规律. 结果表明,随着温度和保温时间的增加,铸态钎料在TiAl合金母材表面润湿铺展面积的增幅先增大后减小. 钎焊接头界面组织主要包括TiAl母材层,α₂-Ti₃Al+AlCuTi (层Ⅰ)和γ-(Ti, Zr)₂(Ni, Cu)+α-(Ti, Zr)(层Ⅱ). 钎缝中各区域的硬度均随着钎焊温度的增加而增加,1125 ℃时获得最大值为872(±8) HV,主要与钎缝中生成的硬脆金属间化合物(Ti, Zr)₂(Ni, Cu)和α₂-Ti₃Al有关.     

Co-Nb-Pd-Ni-V钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料的接头组织与性能

采用自行设计的Co-Nb-Pd-Ni-V高温活性钎料对碳纤维增强碳化硅（C_f/SiC）复合材料进行钎焊连接,钎焊温度为1 200 ~ 1 320 ℃,钎焊时间固定为10 min. 结果表明,钎料中的V和Nb元素同时发挥反应活性,与C_f/SiC复合材料发生界面反应,在陶瓷界面形成了VC和NbC双层界面反应层. 当钎焊参数为1 280 ℃/10 min,典型的接头组织为（VC/NbC）双界面反应层/（Co,Ni）₂Si + CoSi + NbC + Pd₂Si/（NbC/VC）双界面反应层. 在此参数下获得的接头性能最佳,其中室温三点弯曲强度为61.0 MPa,在900和1 000 ℃下测得的强度均高于其室温强度,分别为83.2和87.7 MPa. 接头中的NbC和Pd₂Si高熔点物相弥散分布在钎缝内部,大大提高了接头的高温性能.     

Invar合金与Si_3N_4陶瓷钎焊接头界面组织和性能研究

采用Ag Cu Ti活性钎料对Invar合金和Si3N4陶瓷进行钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了钎焊工艺参数对接头界面结构和性能的影响。结果表明,钎焊过程中液态钎料中的活性元素Ti与Si3N4陶瓷发生反应,在陶瓷界面形成致密的Ti N和Ti5Si3反应层;同时,Invar合金向液态钎料中溶解,与活性元素Ti反应生成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti化合物。钎焊温度和保温时间影响Si3N4陶瓷界面反应层的厚度以及接头中Fe2Ti和Ni3Ti脆性化合物的形成量和分布,这两方面共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为870℃,保温15 min时,接头的平均抗剪强度最大值达到92.8 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Si3N4陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

钎料中Ti元素含量对Si3N4/Si3N4接头界面结构及性能的影响

在900℃保温10 min的工艺条件下采用Ti含量不同的AgCu+Ti+nano-Si₃N₄复合钎料（AgCu_C）实现了Si₃N₄陶瓷自身的钎焊连接,并对不同Ti元素含量的接头界面组织及性能进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为Si₃N₄/TiN+Ti₅Si₃/Ag_（s,s）+Cu_（s,s）+TiN_P+Ti₅Si_3P/TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄.随着复合钎料中Ti元素含量的增加,钎缝中团聚的纳米Si₃N₄颗粒逐渐减少,母材侧的反应层厚度逐渐增加后趋于稳定.当Ti元素含量高于4%时,钎缝中形成了类似于颗粒增强金属基复合材料的界面组织;当Ti元素含量达到10%时,有少量Ti-Cu金属间化合物在钎缝中形成;钎焊接头的抗剪强度随着Ti元素含量的增加而呈现先增加后降低的变化趋势,当Ti元素含量为6%时接头的抗剪强度达到最高值,即75 MPa.     

Ti600和Ni-25%Si合金钎焊接头性能及失效机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料对高温钛合金Ti600和Ni-25%Si (原子分数,%)合金进行钎焊试验,重点研究了钎焊温度对镍硅与钛合金接头组织及性能的影响,结合接头组织特征及断口结构分析阐明了Ti600和Ni-25%Si合金钎焊接头的失效机理. 结果表明,钎缝内部包含多个区域,随着连接温度从900 ℃上升至980 ℃,包含(Ti,Zr)₂Si和Ti₂Ni相的区域逐渐消失,包含Ti₅Si₃和Ti₂Ni相的区域逐渐变厚,最终占据全部钎缝. 力学性能分析表明,随着钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增大后降低. 当钎焊温度为960 ℃时,接头的抗剪强度能够达到峰值177 MPa. 在脆性Ti₂Ni相基体上弥散分布的Ti₅Si₃相颗粒破坏了Ti₂Ni相的连续性,阻碍了裂纹在钎缝内部的扩展是钎焊接头抗剪强度提升的根本原因.