Ti／Al扩散焊的接头组织结构及其形成规律

以TA2和L4为焊接材料进行扩散焊，结合剪切断口形貌，XRD分析，SEM分析和接头强度测试，研究了Ti／Al扩散焊的接头形成规律。结果表明，接头形成过程包括互扩散形成冶金结合、冶金结合区生成新相、新相颗粒长大连接成片层、新相片层按照抛物线规律生长4个阶段。TiAl3是扩散反应的初生相，且在较长时间内是唯一生成相。它的生成具有一定延迟时间tD，tD受温度影响很大。接头强度取决于扩散区中冶金结合的程度及界面结构，在TiAl3新相连接成片层之后，接头强度达到甚至超过L4型Al母材。接头剪切断裂发生在界面扩散区的Al侧或Al母材内部。     

镁合金与钛合金的瞬间液相扩散焊

为实现镁合金AZ31B与钛合金Ti6A14V的可靠连接，研究了两者以Al为中间层的瞬间液相扩散焊接头的微观结构与连接强度。研究结果表明：当焊接时间为180min时，焊接温度是影响界面反应热力学与动力学的主要参数，其对接头的微观组织、接头界面新生相构成与连接强度有重要影响。保温温度低于450℃时，AZ3IB／AI界面无液相产生，无法实现AZ31B与Ti6A14V的可靠连接；保温温度在450℃～480℃变化时，温度对AZ31B／Al／Ti6A14V界面反应的动力学因素有明显影响，且直接决定了焊后接头新生相的构成与分布。470℃保温180min的接头剪切强度较高（72．4MPa），达到AZ31B母材（86MPa）的84．2％。     

CuNi复合中间层对Mg/Al扩散焊接接头组织及力学性能的影响

采用真空扩散焊接的方法获得了Mg/CuNi/Al扩散焊接接头。采用万能试验机测试焊接接头剪切强度,通过SEM,EPMA,XRD对焊接接头的显微结构和物相组成进行了分析。结果表明,Mg/CuNi/Al扩散焊接接头剪切强度随焊接温度和保温时间的增加先增加后减小,焊接温度440℃,保温时间90 min时,接头剪切强度最大值达到22.4 MPa。焊接接头主要由Al3Mg2致密组织层、Al12Mg17针状组织层、Al12Mg17和α-Mg网状组织层组成,Cu、Ni富集于网状组织层中。Mg/CuNi/Al扩散焊接接头断口主要由Al3Mg2、Al12Mg17、AlCu3、Al2Cu和Al7Cu23Ni化合物组成,断裂方式以脆性断裂为主。     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.     

Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能

Mg/Al扩散焊接头界面区由铝板侧过渡层(Mg2Al3相)、中间扩散层(MgAl相)、镁板侧过渡层(Mg3Al2相)组成.SEM观察分析表明,在界面铝板侧扩散层与中间扩散层之间存在一定的扩散空洞,不利于获得接头性能优良的扩散焊接头.随着加热温度的升高界面抗剪强度呈现先增大再降低的趋势,当加热温度475 ℃,保温时间60 min及压力0.081 MPa时,接头可达到最大抗剪强度18.94 MPa.接头界面扩散区的显微硬度范围为260～350 HM,明显存在三个不同硬度分布区,随着加热温度的提高,扩散区的显微硬度及扩散区宽度也相应增加.     

TA1中间层对Ti6Al4V扩散焊接头界面结合的影响

针对实现大尺寸界面完全贴合,完成固/固扩散焊结合的工程实际问题,通过添加同质软金属TA1实现Ti6Al4V的扩散连接,同时对比研究了不添加中间层的Ti6Al4V扩散焊。运用OM,SEM及EDS分析了焊接界面的形貌、微观组织及成分变化,测试了接头的抗拉强度。结果表明:添加TA1中间层后,界面软硬结合利于孔洞的消失,晶界结合良好;界面处形成了5μm左右连续固溶变化的扩散层,冶金结合充分;焊件变形量1.0%,接头平均抗拉强度约为母材强度的95%,能满足工程设计的要求。     

焊接能量对铜铝超声波焊接接头界面元素互扩散的影响

采用超声波焊接方法对0.3 mm厚的Cu、Al箔片进行焊接,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等方法对接头界面组织和成分进行了研究,对界面金属间化合物(IMCs)的生成演变进行了探讨,并对焊接接头进行了剪切力测试。结果表明:当焊接能量较小时,Cu、Al元素在界面处发生互扩散,逐步形成了扩散反应区,析出α-Cu和α-Al固溶体相,随着焊接能量的增大,Cu/Al界面处发生变形,形成高密度位错累积,同时高温停留时间增长,Cu、Al元素快速扩散,形成第二相的驱动力增加,逐渐析出CuAl_2和Cu_9Al_4相。随着焊接能量继续增大,反应区慢慢生长,反应层也逐渐变厚,适中的反应层厚度能提高接头强度。     

TC4/OFC真空扩散焊接研究

对钛合金（TC4）与无氧纯铜（OFC）异种金属在真空条件下进行直接扩散焊接,可形成良好的TC4/ OFC焊接接头。测量其焊接强度及进行微区分析的结果表明,随着温度升高,焊接接头的抗拉强度先升高后下降,最佳焊接工艺参数为：焊接温度800 ℃,保温时间30 min,焊接压力5 MPa。在TC4/ OFC焊接接头的界面上形成了元素成分逐渐变化的互扩散层。由元素分析和断口的XRD分析结果可以看出,界面处生成的物相有Cu3Ti2、Cu4Ti3、CuTi、Cu4Ti等金属间化合物,断口的形貌表明接头断裂主要发生在接头的金属间化合物弱结合处,结合处的孔洞与铜钛金属间化合物的种类、厚度决定了TC4/OFC直接扩散焊接接头的强度。     

Ti基复合材料制备及热处理条件下扩散连接的理论及实验研究

通过Ti6A14V／TA1扩散偶的制备及其热处理试验，运用OPM，SEM以及EDS技术对扩散连接区域的组织、形貌、成分进行分析。结果表明：扩散连接界面充分结合，合金元素A1和V从Ti6A14V侧向TA1侧扩散，而Ti原子向Ti6A14V侧扩散，其成分过渡区满足抛物线规律；同时，根据柯勒方程，借助米德玛生成热模型，从热力学上推导三元体系的计算公式，得出热力学相互作用因子，并根据求得溶质元素的互扩散系数，通过唯象公式的数值解法，得出扩散元素在连接界面处的理论浓度分布图：实验值与理论模拟结果吻合得很好，因此，能够很好的预测扩散连接界面相关元素的浓度分布。     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径

通过SiC/Ti6Al4V钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验，利用SEM，EDS及XRD分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明：反应元素如C，Ti，Si在界面反应层中出现浓度波动，合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层，而是在界面反应前沿堆积，其界面反应产物被确认为Ti3SiC2，TiCx，Ti5Si3C，和Ti3Si；在界面反应初期，存在着TiC＋Ti5Si3Cx双相区，当形成各界面反应产物单相区时，SiC／Ti6Al4V复合材料界面反应扩散的完整路径应为：SiC ｜ Ti3SiC2 ｜ Ti5Si3Cx ｜ TiCx ｜ Ti3Si｜ Ti6Al4V＋TiCx；界面反应产物层的生长受扩散控制，遵循抛物线生长规律，其生长激活能Q^k及k0分别为290.935 kJ·mol^-1,2.49× 10^-2 m·s^-1/2.     

EFFECT OF METAL-OXIDE DIFFUSION BARRIER ON INTERDIFFUSION OF ELEMENTS BETWEEN COATING AND SUBSTRATE

The effect of LPPS Ni_3Al-Y_2O_3 diffusion barrier layer on interdiffusion of elements betweencoating and substrate has been investigated.It was found that the retardation of interdiffusionis related to the amount of oxide in the diffusion barrier layer.The retardation is not remark-able when the content of Y_2O_3 is 8 wt-%,whereas the diffusion of Al,Co or Cr has all beennotably retarded when the content of Y_2O_3 reaches 30 wt-%.The retardation effect of diffu-sion barrier is different for different elements such as Al,Co or Cr.     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

金属-氧化物扩散障对涂层和基体间元素互扩散的阻碍作用

本文研究了低压等离子喷涂的Ni_3Al-Y_2O_3扩散障层对外层涂层与基体间元素互扩散的阻碍作用,发现阻碍扩散的作用与扩散障层中氧化物含量有关。当Y_2O_3含量为8wt-%时,扩散障对元素互扩散没有明显的阻碍作用;当Y_2O_3含量为30wt%时,对Al,Co和Cr等元素的扩散有明显的阻碍作用。并且,阻碍作用随元素不同而不同。     

填充Co的CoCrCuFeNi高熵合金扩散焊接头的组织和扩散机制

在850,950,1050和1100℃下,填充Co中间层对CoCrCuFeNi高熵合金（HEA）进行了扩散焊接,并对接头微观组织和扩散机制进行了分析。结果表明,在各温度下接头均形成了牢固的结合,接头无金属间化合物生成,高熵合金侧界面周围残留部分柯肯达尔孔。对Cr、Fe、Cu和Ni在Co填充层中的扩散系数进行了计算,排序如下：Cu>Cr>Fe>Ni。所有元素的扩散速度均在相同水平,CoCrCuFeNi高熵合金和Co填充层之间的扩散是在空位机制和晶界扩散机制的共同作用下发生的。     

Reactive Diffusion in Ni-Si Bulk Diffusion Couples

Reactive diffusion in the Ni-Si system has been studied using bulk polycrystalline Ni/Si wafer diffusion couples in the temperature range from 450 to 700 °C and with annealing times of up to 32 h. For all diffusion couples, three phases were detected Ni₂Si, Ni₃Si₂, and NiSi. The thickness e of the reaction product is not homogeneous; its global growth kinetics satisfies the parabolic law and the total growth coefficient k ² (e ² = k ² t) is found to be expressed by: k ² = 2.5 × 10⁻⁴ exp (−160 kJ/RT), in m²/s. The Ni₂Si layer is homogeneous in thickness, and the value of its growth coefficient obtained by extrapolation at lower temperatures is more than two orders of magnitude smaller than the values obtained in thin-film experiments.     

SIMULATION OF THE CHANGE OF SINTERING NECK BETWEEN TWO GRAINS IN TWO DIMENSIONS

1.IntroductionThe powder sintering is an important process in powder metallurgy,in which complex changes oc-cur at elevated temperature;however,these changes are difficult to be observed directly.With the devel-opment of computer simulation,the simulation of powder sintering process have been carried out by anumber of researchers[1-6].For example,the simulation of the intermediate and last stages for ceramicpowder sintering have progressed to a certain extent,and the growth and evolution proce…     

"相变-扩散钎焊(T/DB)"新工艺及其接头界面形貌

为减小相变超塑性扩散连接的循环次数,提出了一种新型焊接工艺"相变-液相扩散焊(T/DB)",即在待焊母材间预先放入液相扩散焊用的中间层,然后按传统相变超塑性扩散连接工艺施焊,但要求温度循环的峰值温度须同时大于母材的相变点与中间层的熔点.试验以低碳钢为母材,以镍基非晶箔带(BNi2)为中间层,进行了低碳钢的相变-扩散钎焊(循环3次)与液相扩散焊接(1200℃×3 min)的对比试验.结果表明相变-液相扩散焊所需温度循环次数少,接头无界面空洞,其接合线呈非平面状;而液相扩散焊接头的接合线较平直.分析认为,界面的起伏是母材的适度溶解与超塑性流变共同作用的结果;非平面状界面有利于增大金属-金属接触面积及扩散通道的面积,为获得合格接头做出了相应贡献.     

机械能助Al-Zn-Cr共渗工艺及渗层组织

采用机械能助渗技术,在600℃温度下对20钢进行Al-Zn-Cr共渗试验。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等仪器,分析合金元素铬对渗层组织共渗速率的影响,分析助渗时间对渗层组织的影响,测定铬在渗层中的分布,以及铬含量对渗层厚度的影响。结果表明:在机械能助Al-Zn-Cr共渗的研究中,铬含量的增加促进了渗层厚度的增加,而铬在渗层中分布相对均匀,无富集现象。在相同助渗时间下,铬含量的增加,促进了共渗速率的提高,促使渗层组织由单一的铁铝渗层组织转变为铁铝、铁锌多层渗层组织。在同一渗剂配比条件下,助渗时间的延长,促进Fe-Zn相形成,Fe-Al相减少。在助渗条件为600℃、3 h、5%Cr时,渗层为α-Fe(富锌)、Fe_3Zn_(10)、FeZn_7、FeAl等相组成的多层组织,而且相对致密;渗层兼顾抗氧化性和阴极保护作用。     

扩散连接接头金属间化合物新相的形成机理

扩散连接接头中界面区脆性金属间化合物相的出现往往会造成接头性能的恶化,因此研究并建立接头界面区金属间化合物相的生成和成长行为的数学模型对扩散连接过程有非常重要的理论及现实意义。本文根据扩散理论,指出界面处生成相的动力学驱动力限决于扩散偶中组元自身的特性,生成机的组元及比例应按原子扩散通量比优先生成,本文从动力学及热力学角度出发,提出了多组元扩散偶界面处的金属间化合物生成相原则：通量-能量原则;并以钛/镍/钢扩散接接头为例,证明钛/镍界面处金属间化合物相的生成规律为Ni/TiNi3/TiNi/Ti2Ni/Ti。提出,通量-能量能力相当的两种或多种金属间化合物有可能同时形核篚,接头界面处会形成混合的金属间化合物。