电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

电热作用对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响

为了研究电热作用对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响机理,对不同强度电流处理后的碳纤维单丝/环氧树脂复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行了表征。并采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、差示扫描量热仪(DSC)等实验手段分析了电流强度对界面性能的影响机理。结果表明,随着电流强度的提升,碳纤维单丝/环氧树脂复合材料的界面温度随之升高。IFSS呈现先增大后减小的趋势。2～6 mA直流电流加载一定时间后,碳纤维的表面形貌变化不明显,界面组分发生了后固化反应,玻璃化转变温度(T_g)呈上升趋势;当电流强度继续增大到8 mA(200℃)时,碳纤维表面的上浆剂出现明显烧蚀的现象,界面组分的大分子链发生断裂并逐渐老化,T_g降低。综合分析认为,碳纤维导电产生的焦耳热引起了界面组分物化性能的改变,是导致碳纤维/环氧树脂IFSS变化的主要原因。     

电热作用对碳纤维树脂基复合材料力学性能的影响

采用复合材料电热实验平台,测试碳纤维树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）电热作用下温度场变化规律,同时从单丝拉伸断裂界面剪切强度、短梁剪切性能变化和剪切断口等多方面揭示电热作用对CFRP力学性能的影响机制。结果表明:电热作用会使CFRP整体温度迅速升高,在约4 min时达到稳态温度,随着电流强度的增大,CFRP层板表面温度越高,当电流强度为8 A（0.44 A/mm2）时,CFRP的表面温度达到151℃;单丝拉伸和短梁剪切界面强度都随着电流强度增加呈现先增加后降低的趋势;小电流时,电热作用产生较少的焦耳热,优化界面性能,提高界面剪切强度,大电流时,电热作用产生的焦耳热过大,对界面产生烧蚀等不可逆损伤,降低了界面结合性能。      

电场作用下AZ31B/Cu扩散界面的结构及性能

采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了AZ31B/Cu的扩散连接.利用SEM、EDS和TEM分析了扩散溶解层的显微组织、相组成和界面元素分布.采用万能试验机对连接界面的抗剪切性能进行了测试.结果表明:AZ31B与Cu通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,扩散温度低于475℃时扩散溶解层由MgCu2、Mg2Cu和MgCuAl组成,此时接头的薄弱环节为Mg2Cu.扩散温度为500℃时扩散溶解层由Mg2Cu、(α-Mg+ Mg2Cu)共晶组织和MgCuAl组成,共晶组织的形成导致接头的抗剪强度进一步降低,并成为新的薄弱环节.当扩散温度为450℃,保温时间为30min时,界面的抗剪强度随保温时间的延长先增大后减小,最大可达40.23MPa.     

表面纳米化对高温Ti合金与TiAl合金的扩散连接工艺及力学性能影响

目的研究表面纳米化Ti合金与Ti Al合金异质扩散连接的界面反应、力学性能和工艺条件。方法利用高能喷丸技术对钛合金的表面进行纳米化处理,然后在高温压力真空炉内进行扩散连接实验。结果 Ti合金/Ti Al扩散连接的结合强度与中间层厚度密切相关,当中间层厚度为1.7~2.0μm时,剪切强度最大。结论表面纳米化可以促进原子扩散、增加接头厚度、缩短扩散连接所需的时间。对于扩散界面存在缝隙接头,在无压热处理条下表面纳米化样品可以快速提高焊合率,改善连接质量。     

ZrO2陶瓷与镍活性钎焊界面反应机理研究

本文研究了活性钎焊法连接ZrO2陶瓷和金属镍的界面反应机理,采用微观组织观察、力学性能测试等方法,确定钎焊接头元素分布及反应生成物,从而研究活性钎焊界面反应机理。实验采用rri活性剂,发现活性钎焊法钎焊ZrO2陶瓷和金属Ni,钎料两侧界面出现比较明显的化学反应层和物理润湿层。反应层为活性元素n的主要集中区域,由于受到了zr元素扩散的影响,Ti在陶瓷表面富集现象减弱,cu与Ti的共存现象说明其也是反应的参与元素,她主要集中在焊缝中部。物理润湿层主要是cu、Ni形成的固溶体,还夹杂有少量金属氧化物。x射线衍射分析结果显示反应层界面的主要产物包括cu、Ti和．Ti、船金属间化合物,Ti的氧化物和cu-Ti-0、Ni-Ti-0化合物。通过力学性能测试,在1060℃时接头剪切强度得到提高,达到124Mpa。     

采用Al-Zn-Mg-Cu封接Al_2O_3陶瓷与304不锈钢工艺

以Al-Zn-Mg-Cu合金为封装材料,采用粉末冶金技术对Al_2O_3陶瓷和304不锈钢进行了封接试验,研究了烧结合金组织、接头特征点成分和物相,并探讨了烧结温度和保温时间对接头界面组织和连接强度的影响。结果表明,在烧结温度570℃,保温时间1 h条件下获得主要由α-Al和MgZn_2组成的较为致密的铝合金,304不锈钢/铝合金侧剪切强度为24 MPa、Al_2O_3陶瓷/铝合金侧剪切强度为6.4 MPa。在304不锈钢/铝合金界面处,Fe、Al元素均发生扩散,形成了不同金属间化合物的扩散层。铝合金/Al_2O_3陶瓷界面处Mg与Al_2O_3反应生成了MgAl_2O_4相,改善了铝合金和Al_2O_3陶瓷的润湿性。     

TiC陶瓷/NiCrSiB/铸铁钎焊连接的界面组织和强度分析

采用NiCrSiB钎料对TiC陶瓷与铸铁进行钎焊连接,分析了接头的界面组织和剪切强度.结果表明:当连接规范一定时,在钎料内部、钎料与母材的界面处有TiC从TiC陶瓷侧扩散过来,同时在钎料内部和界面处有[Ni,Fe]和Ni基固溶体生成.当连接温度为1373K,连接时间为20 min时,接头的剪切强度最高可达78.6 MPa.     

直流电作用下Cu在Sn熔体中的溶解动力学以及界面反应

目的 在微观尺度上解析直流电场对金属液/固界面溶解动力学和界面反应的本征影响。方法 在237~312 ℃温度范围内对电流作用下Cu/Sn/Cu液固界面进行显微结构的表征及溶解动力学的计算。结果 施加直流电时，Cu的溶解速率在阴极端显著增大，而在阳极端则受到抑制。相应地，由于Cu的迁移速度较快，大量阴极Cu迁移至阳极端，使其附近形成大量的金属间化合物。计算了10 A电流作用下阴极Cu的溶解激活能，其数值约为不通电流情况下的一半。结论 直流电的施加显著降低了Cu在Sn熔体中的溶解激活能，而电迁移力是促进Cu扩散的主要原因。     

TiAl/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响

扩散连接界面组织结构是影响连接性能的关键因素，不同的界面组织结构及生成相所决定的接合强度不同．本文研究了TiAl/40Cr钢的扩散连接，结果显示：连接温度过高及连接时间过长时，由于界面处形成了过多的TiC脆性层及Ti3Al FeAl FeAl2的金属间化合物混合层，接头拉伸强度低；当连接温度较低及连接时间较短时，界面紧密接触与元素扩散不充分，接头拉伸强度也较低．脆性TiC层的生成导致TiAl与40Cr钢之间的扩散连接性能较差，接头均破断于TiC层或TiC层与Ti3Al FeAl FeAl2的金属间化合物混合层之间．     

铍焊接技术研究发展概况

铍及铍合金在航空航天、电子工业和国防工业等方面应用十分广泛.结合铍的焊接性,论述了当前国内外铍的焊接技术概况,针对钎焊、熔化焊、扩散焊等焊接工艺,介绍了一些比较成功的铍的焊接工艺以及部分连接工艺,同时分析了铍焊接中存在的缺陷问题.     

Ti/Cu扩散溶解层的组织结构和形成规律

采用镶嵌式扩散偶,在不同退火处理条件下,对Ti/Cu扩散溶解层进行了研究.利用扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析了扩散溶解层的组织结构和形成规律.结果表明,随着加热温度的升高和保温时间的延长,在Ti/Cu界面处会形成相界面依附于扩散偶组元Cu丝、形态各不相同、层数以及总层与单层厚度逐渐增加的"环状"扩散溶解层;当进行700℃、100小时真空退火热处理时,扩散溶解层厚度为93μm;其中一层呈"锯齿状"朝向Cu,分别有两层处于同一个层区域内,并以"竹笋状"方式互相交错重叠;结构为Cu/Cu4Ti/Cu2Ti/Cu3Ti2/Cu4Ti3/CuTi/CuTi2/Ti,而且其结构与Cu-Ti相图上各个相的左右排列顺序一致.不同的扩散温度和时间,Ti/Cu相界面处将几乎同时结晶出不同层数、厚度和结构的扩散溶解层.     

ASP60粉末高速钢与W18Cr4V热压扩散焊工艺与焊接性能研究

目的 研究采用ASP60粉末高速钢与W18Cr4V高速钢异种材料焊接的方式,以降低高性能粉末高速钢材料的损耗率,提高生产效益,同时摸索出具有优异接口组织和界面结合力的焊接工艺.方法 通过单一变量的原则研究焊接温度、压力以及保温时间对焊接性能的影响,同时根据各组参数下接口处的宏观形貌、力学性能及微观组织(SEM),分析确定出最佳的焊接工艺.结果 当焊接温度为1000℃,焊接压力为25 MPa,焊接保温时间为30 min时,材料获得最佳的焊接性能,此时材料拉伸强度为1157 MPa,且断口沿W18Cr4V一侧断裂.结论 焊接温度、压力以及保温时间均对材料的焊接性能起着至关重要的作用.     

焊接熔池中元素分布规律及其影响因素的研究进展

焊接过程中焊接熔池内部的流体流动传热过程对熔池的形状、气体及夹杂物的吸收、聚集和逸出等影响很大,尤其影响元素在熔池中的分布。研究发现,熔池内流体主要受表面张力、浮力和电磁力的作用,其中表面张力对熔池形状起主导作用;焊接热输入、功率、焊接速度均对焊接熔池的形成有不同程度的影响。在焊接过程中,不同材料在交界处会发生元素互扩散,不同的元素扩散系数相差较大,而同种元素在不同扩散深度处的扩散系数却相差不大。由于焊缝中元素分布是否均匀直接关系到焊接接头的质量,因此元素在熔池熔化过程中具体的扩散形式以及在熔池凝固后元素的偏析情况是未来的研究热点。     

模具钢表面热喷熔层的超塑性扩散焊接

在 3Cr2W 8V模具钢表面进行了Ni6 0自熔性合金粉末氧 乙炔火焰热喷熔处理 ,并对喷熔层进行了超塑性压缩试验。能谱分析和性能试验表明 ,超塑性扩散焊增大了扩散层深度 ,与未经超塑性压缩的Ni6 0喷熔试样相比 ,经超塑性压缩的喷熔层的抗摩擦磨损性能得到了很大的提高     

不锈钢和钛合金异种金属焊接研究进展

不锈钢和钛合金异种焊接在化工、航空和核工业等领域均有广泛的应用,但不锈钢和钛合金因理化性能的差异,焊接界面常形成大量脆性金属间化合物,无法得到优质的焊接结果。以扩散焊、激光焊和电子束焊为主总结了不同焊接方法的工艺参数和接头组织成分对不锈钢和钛合金焊接质量的影响,展望了不锈钢与钛合金异种金属焊接的发展趋势。     

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。     

铝/钢爆炸复合界面的显微分析

通过金相显微镜与电子探针对铝/钢复合板的界面进行了显微分析.结果表明,铝、钢爆炸复合过程中不易形成波状界面,复合界面呈平直状,界面处金属发生了冶金反应;爆炸焊接过程中,铝/钢复合界面处的基体金属发生了熔化,界面处的晶粒发生了严重的塑性变形,并且在铝/钢直接结合的界面两侧存在着距离约为5μm的扩散.分析认为爆炸焊接的工艺特点及铝、钢的物理性质决定了铝/钢界面的显微特点.并据此探讨了影响铝/钢复合强度的因素.     

耐热合金与铜扩散焊的初步研究

本文对耐热合金与铜的扩散进行了初步研究。试验采用镍作中间层，钨作电极，主要研究了中间层厚度、焊接温度和保温时间对焊缝化学成分以及剪切钱其的影响，最后确定了合适的扩散焊接参数为：焊接温度１２４３Ｋ，保温时间２０ｍｉｎ，焊接压力１０ＭＰａ，真空度６．６×１０（－３）Ｐａ，中间层厚度２μｍ。     

陶瓷-金属焊接的方法与技术

概述了陶瓷-金属焊接的特点,综述了常见的6种焊接方法,包括钎焊、扩散连接、过渡液相连接、自蔓延高温合成连接、热压反应烧结连接和摩擦焊等,重点介绍了它们的工艺特点和研究现状.在此基础上,比较了各种方法的优缺点和适用范围,并对陶瓷-金属焊接的研究前景进行了展望.