多孔结构阻挡层对CuW/Al界面组织及性能的影响

将CuW假合金表面部分Cu腐蚀掉,预留100-200μm厚度的W骨架,随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层,最后在700℃下用固-液连接的方法制备出CuW/Al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构,分析了界面扩散溶解层金属间化合物析出序列。结果表明,CuW/Al界面间多孔结构Ni中间层可有效抑制柱状Al2Cu相的生成和柯肯达儿孔洞裂纹的产生,界面处生成物主要以Al2Cu和 Al5W化合物为主。添加多孔结构Ni中间层可提高CuW/Al界面结合性能和电导率。     

浸镀Ni对Al/Cu双金属材料界面显微组织及力学性能的影响(英文)

采用浸镀的方法在纯铝基体上浸镀镍基镀层,然后在450~550℃温度范围内用扩散复合的方法制备Al/Cu双金属材料。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对Al/Cu结合体的界面显微组织以及断裂表面进行表征。用拉伸剪切测试及显微硬度测试对Al/Cu双金属材料的力学性能进行测量。结果表明,Ni中间层可以有效地消除Al—Cu金属间化合物的形成。Al/Ni界面由Al_3Ni和Al_3Ni_2两相组成,而在Ni/Cu界面处则是Ni—Cu固溶体。Ni中间层的加入提高了复层材料的拉伸剪切强度。在500℃制备的添加Ni中间层的试样表现出最大的拉伸剪切值,为34.7 MPa。     

固液熔接法制备CuW/Al材料的工艺及性能研究

利用固/液熔接的方法制备CuW/Al材料,研究了不同熔接工艺参数(熔接温度、保温时间)下CuW/Al材料的微观组织和界面扩散特征。结果表明,CuW/Al材料扩散溶解层中,形成了Al2Cu和Al5W两种新相,且Al5W优先于Al2Cu生成。Al2Cu和Al5W在不同的溶解层中的形态不同。     

Ni对Cu/Al界面冶金反应及组织演变的影响

设计了不同厚度的Ni中间层,采用阶梯式真空扩散连接工艺方法,对Cu/Al的异质复合界面组织形貌及冶金反应进行了研究。利用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS),对异质复合界面的微观组织进行了分析,采用剪切试验及显微硬度测试对异质复合界面的结合强度及硬度分布进行了研究。结果表明,Ni中间层可阻止Cu和Al间生成脆性金属间化合物,其中Ni/Al界面生成了明显的两层Al3Ni和Al3Ni2化合物,而Cu/Ni界面出现了明显的元素成分渐变的固溶体相;当添加Ni箔厚度为20μm时,Ni箔刚好消耗完,连接界面无明显缺陷,且界面的剪切强度最高。     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

Cu-Al金属间化合物的形成与生长及其对电镀Cu/Al层状复合材料电性能的影响（英文）

采用纯Al片表面浸Zn后再电镀厚Cu层的方法制备Cu/Al层状复合材料。在473~673 K温度范围内对该复合材料进行退火,研究退火过程中Cu/Al界面扩散与反应、界面金属间化合物(IMCs)层的长大动力学以及Cu/Al层状复合材料电阻率。结果表明,经过473 K、360 h的退火处理,未观察到Cu-Al IMCs层,显示Zn中间层能有效抑制Cu/Al界面扩散。可是,当复合材料经573 K及以上温度退火时,Zn层中的Zn原子主要向Cu中扩散,从Al侧到Cu侧形成CuAl_2/CuAl/Cu_9Al_4三层结构的反应产物。IMC层遵循扩散控制的生长动力学,Cu/Al复合材料的电阻率随退火温度及时间的增加而增大。     

退火温度对铜/铝/铜复合板结合性能的影响

采用冷轧复合法制备Cu/Al/Cu 3层复合板,研究不同退火温度对Cu/Al/Cu复合板结合性能的影响。采用光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)观察界面过渡层的微观组织形貌,采用EDX分析界面物相成分,采用室温拉伸实验检测结合界面的结合强度。结果表明,退火温度越高,界面扩散层越明显,扩散层厚度越大,增长的速度越快;随着温度升高,复合界面处生成金属间化合物Cu_9Al_4、CuAl_2和CuAl。退火温度达到550℃时,界面层还会生成Cu_4Al_3和Cu_3Al_2。界面的结合强度随着退火温度的升高先上升后下降,最后趋于稳定。冷轧复合法制备的Cu/Al/Cu复合板最佳退火温度为350℃。     

高Nb-TiAl合金/Ni-Cr-W高温合金扩散连接界面相演化（英文）

在1000℃-50 MPa-60 min条件下对高Nb-Ti Al和Ni-Cr-W高温合金进行了扩散连接,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对扩散连接界面处显微组织及相组成进行了分析。研究结果表明,未添加中间层时,高Nb-Ti Al合金/Ni-Cr-W高温合金扩散连接接头处的相组成为γ-Ti Al、Ni2Al Ti、Ni3Ti、(Ni Cr)ss相、γ相。而高Nb-Ti Al合金/Ti/Cu/Ni-Cr-W高温合金扩散连接接头处的相组成为Ti3Al、Tiss、Ti2Ni、rich Cu-Ni Al Ti、α2-Wss、Ni2Al Ti、(Ni Cr)ss相、γ相。此外,由于Cr和W的扩散速度较慢,Cr和W原子主要偏聚在靠近Ni-Cr-W高温合金的区域。Ti/Cu箔的加入有利于界面处元素的扩散和反应,可以有效避免微裂纹的产生。     

钛表面改性Al/NiCu组合涂层反应机理及抗氧化性能

采用等离子结合电弧喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/Ni Cu组合涂层,在700℃的大气环境下对Al/Ni Cu/Ti试件进行加热处理,使得Al、Ni Cu复合涂层之间发生扩散反应并原位生成具有一定抗高温氧化性能的Ni-Al金属间化合物涂层。对加热改性处理前后涂层的微观组织及Ni-Al金属间化合物的形成机理进行了研究,并对经加热和打磨处理后的Al/Ni Cu/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800℃/100 h的高温氧化试验。研究结果显示,Ti基体表面Al/Ni Cu涂层经700℃炉中加热改性处理后,Al、Ni Cu涂层间可发生扩散反应并原位生成Ni Al3、Cu Al2、Ni2Al3及含有一定Cu元素的Ni Al金属间化合物,但只有高熔点的Ni Al金属间化合物能够始终稳定地存在,且此金属间化合物对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

中间层金属对Al_2O_3/1Cr18Ni9Ti钎焊接头组织及剪切强度的影响

采用Ag-Cu-Ti活性钎料连接Al2O3陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,研究了Cu,Ni和表面镀Ni的Cu 3种中间层金属对钎焊接头组织和剪切强度的影响.结果表明,Cu作为中间层时,陶瓷与钎料能形成良好的界面反应;Ni作为中间层时,焊缝中形成大量的Ni3Ti金属间化合物,导致陶瓷/钎料不能形成良好的反应层,降低了接头的剪切强度;表面镀Ni的Cu片作为中间层金属时,少量Ni的存在不影响钎料中活性元素Ti的含量,钎料与陶瓷能形成良好的界面反应,同时Ni层的存在降低了钎料对Cu的溶蚀作用,该种中间层更能有效地缓解钎焊接头的残余应力.当Ni层的厚度为30 mm,Cu片的厚度为0.2 mm时,接头剪切强度可达到109 MPa.     

Super-Ni叠层复合材料与钛合金过渡液相扩散焊界面组织特征

以铜箔为中间层,对Super-Ni叠层复合材料与Ti-6Al-4V钛合金进行过渡液相扩散焊.通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度测试对接头的界面组织及性能进行分析.结果表明,铜箔中间层阻止了钛与镍的扩散接触,防止了Ti-Ni脆性金属间化合物的生成.扩散焊接头由Super-Ni侧扩散层、中间反应层、钛侧扩散层三个特征界面层组成.界面处Ni,Al原子扩散缓慢,Cu,Ti原子充分扩散反应,在中间反应层与钛侧扩散层之间形成由TiCu相组成的锯齿状界面,在钛侧扩散层生成细小的Ti_2Cu相,接头过渡区显微硬度最高达600 HV0.5.     

铜/铝固态界面金属间化合物的生长行为

在573～773 K温度范围内对铜铝冷轧复合板进行退火处理。观察、分析了铜铝固态界面金属间化合物的演变行为,从扩散动力学的角度分析了界面相的形成机制和长大机制。结果表明:退火处理后试样界面反应层由靠近Al侧的Al_2Cu、靠近Cu侧的Al_4Cu_9以及处于二者之间的AlCu三层金属间化合物构成,其形成序列为Al_2Cu、Al_4Cu_9、AlCu;界面金属间化合物生长控制机制由前期的反应控制和后期的扩散控制两部分构成;退火温度越高,反应机制控制阶段终了时间越早。     

铜作中间层钛与不锈钢的脉冲加压扩散连接（英文）

采用Cu作中间层对工业纯钛和1Cr18Ni9不锈钢进行了脉冲加压扩散连接。在连接温度850℃,脉冲压力8~20 MPa工艺条件下,在120~180 s时间内即实现了钛与不锈钢的有效连接,与传统扩散焊相比连接时间大幅缩短。在Ti/Cu界面生成了大量的Ti-Cu金属间化合物;而在Cu/不锈钢界面只生成了Cu在奥氏体不锈钢中的固溶体,Cu中间层有效地阻隔了Ti与不锈钢之间的扩散和反应。在连接时间为120 s时得到了最大的连接强度346 MPa。在拉伸载荷下,接头沿Ti/Cu界面发生脆性断裂。脉冲加压扩散连接能在一定程度上降低界面金属间化合物对接头性能的有害作用,提高接头强度,但不能完全消除界面金属间化合物对接头的不利影响。     

Impulse Pressuring Diffusion Bonding of Titanium to Stainless Steel Using a Copper Interlayer

采用Cu作中间层对工业纯钛和1Cr18Ni9不锈钢进行了脉冲加压扩散连接。在连接温度850 ℃,脉冲压力8~20 MPa工艺条件下,在120~180 s时间内即实现了钛与不锈钢的有效连接,与传统扩散焊相比连接时间大幅缩短。在Ti/Cu界面生成了大量的Ti-Cu金属间化合物;而在Cu/不锈钢界面只生成了Cu在奥氏体不锈钢中的固溶体,Cu中间层有效地阻隔了Ti与不锈钢之间的扩散和反应。在连接时间为120 s时得到了最大的连接强度346 MPa。在拉伸载荷下,接头沿Ti/Cu界面发生脆性断裂。脉冲加压扩散连接能在一定程度上降低界面金属间化合物对接头性能的有害作用,提高接头强度,但不能完全消除界面金属间化合物对接头的不利影响。     

Ag元素对真空扩散焊Cu/Al界面组织及性能的影响

通过添加不同厚度的Ag中间层,采用真空扩散焊工艺进行Cu/Al异质金属连接。利用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对界面的元素分布及相组成进行分析,采用剪切试验及电化学腐蚀能测试对异质复合接头力学及耐腐蚀性能进行了分析。结果表明,Ag中间层可以有效抑制Al和Cu界面生成脆性金属间化合物相,Ag以较快的方式扩散进入Al基体的晶界中。界面上生成宽度较窄的Cu、Al化合物。与Cu/Al直接连接相比,添加Ag箔的界面电化学腐蚀电位有明显提升,表明Ag元素的添加有效改善了Cu/Al接触界面的耐腐蚀性能。     

金属间化合物厚度对静液挤压Al/Cu蜂窝状棒材各向异性的影响（英文）

研究了金属间化合物厚度对蜂窝状棒材热性能和力学性能的影响。在200°C下采用重复静液挤压制备Al/Cu蜂窝状棒材。在制备过程中,Al/Cu界面生成1μm厚的金属间化合物层。经420°C退火0.5~2 h后续热处理后,可获得不同厚度的金属间化合物层,最厚可达10.1μm。经鉴定,金属间化合物层为Al_2Cu(θ)、AlCu(η2)和Al_4Cu_9(γ1)相。随着金属间化合物层厚度的增加,纵向和截面方向上的热导率分别减小11.9%(从(268±4.8)到(236±4.4)W/(m·K))和10.4%(从(210±3.2)到(188±2.8)W/(m·K)),Al/Cu蜂窝状棒材的抗拉强度和伸长率分别是(103±8.4)MPa和(73±6.2)%。当金属间化合物层厚度达到7.7μm时,抗拉强度增加至(131±6.5)MPa,随着金属间化合物层厚度增加至10.1μm时,抗拉强度降低至(124±3.9)MPa。随着金属间化合物层厚度增加,蜂窝状棒材的伸长率急剧下降至(29±2.5)%。     

6061铝基体上镍涂层热处理过程中Ni-Al金属间化合物的形成机理(英文)

采用电沉积方法在Al基体上沉积Ni制备Ni-Al扩散偶,并研究扩散偶中Al3Ni和Al3Ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的Ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对金属间化合物进行表征。结果表明,Ni-Al金属间化合物的形成可分为两个重要步骤。首先,金属间化合物在不同位置侧面生长,形成连续金属间化合物层;其次,连续金属间化合物层在垂直于界面方向继续生长。随着金属间化合物厚度的增长,Al3Ni和Al3Ni2等反应产物将与基体发生分离。Al是Al3Ni生长的主要扩散元素,而Ni是Al3Ni2生长的主要扩散元素。Al3Ni和Al3Ni2相的生长动力学遵循抛物线方程。     

超声作用时间对超声辅助瞬间液相扩散连接MB8/Ni/LY12异种金属接头形成的影响

采用纯镍中间层对镁/铝异种合金进行超声辅助瞬间液相扩散焊(U-TLP),实现大气环境下无钎剂快速有效连接。结果表明:在520℃时,超声10 s,Mg母材首先与Ni箔发生共晶反应,生成Mg_2Ni+α-Mg共晶液相,Al侧存在破碎的母材和中间层颗粒,无明显反应物。随着超声作用时间延长至15 s时,Al母材与Ni发生扩散连接生成Al_3Ni层。在超声30 s时,Ni箔消失,接头内产生大量Al_3Mg_2、Al_(12)Mg_(17),其严重影响了接头的连接,剪切强度仅为20.2 MPa。当超声时间为15 s时,剪切强度达到最大值31.2 MPa,断裂位置是接头中Al侧Al_3Ni层。     

采用Ni基钎料和Cu中间层真空钎焊W/CuCrZr的接头组织和性能研究

以20μm厚的纯Cu片作为中间层,采用20μm厚的非晶态Ni基钎料箔在在900、930、950℃下保温10min真空钎焊W和CuCrZr合金。采用SEM和EDS分析了钎焊接头的界面形貌,检测钎焊接头的剪切强度及显微硬度。结果表明,中间层Cu与母材CuCrZr合金一侧界面结合良好,在CuCrZr合金一侧形成了钎焊热影响区;钎料与W母材界面处形成了反应层,在W母材侧有微裂纹。随着钎焊温度的升高,W侧裂纹增多,造成接头性能的迅速恶化。W和CuCrZr的钎焊温度最好控制在930℃以下。以纯Cu片为中间层,采用Ni基钎料钎焊W和CuCrZr的过程,实质上是Ni与Cu、W互相扩散并反应生成化合物层和固溶体的过程。钎焊接头的最佳剪切强度为144MPa,断裂主要发生在W母材及W与反应层之间的界面。钎缝区域的显微硬度随钎焊温度的升高而降低,CuCrZr合金焊接热影响区的硬度高于其母材。     

中间层厚度对TLP扩散连接TC4组织和性能的影响

采用电沉积Ni/Cu层作为中间层实现了TC4钛合金瞬时液相（TLP）扩散连接,采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪研究了Cu层厚度对TC4钛合金接头界面微观组织和力学性能的影响,并结合Ti-Cu和Ti-Ni二元相图阐明了反应机制。结果表明,瞬时液相扩散连接接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti2(Cu, Ni)/TC4,其中Ni元素均以固溶体的形式存在于接头中。随着电沉积Cu层厚度增加,扩散层和焊缝宽度增加,接头中央未焊合的孔洞消失,反应层中开始出现连续的Ti2(Cu, Ni)金属间化合物层且宽度逐渐增加。接头抗拉强度在电沉积Cu层厚度为15 μm时达到最大值500 MPa。断裂分析表明,所有TLP扩散连接接头均以解理断裂方式在焊缝处断裂。