梯度金属陶瓷(TiC)pNi与Ti燃烧扩散连接界面组织及力学性能

采用MA-FAPAS工艺,借助中间层TiAl的燃烧反应放热,原位合成了梯度金属陶瓷(TiC)pNi和金属间化合物TiAl,并同步完成了(TiC)pNi/TiAl/Ti的扩散连接,研究了在外加温度场、电场和应力场耦合作用下连接结构的形成机制.利用FE-SEM、TEM和XRD等手段对各层及连接界面的微观结构和相组成,以及电场作用下各连接界面元素扩散特征进行分析;采用显微硬度压痕法对连接界面的韧性进行分析;采用剪切法、冷淬法和有限元法对界面结合强度和残余应力分布进行分析计算.结果表明,各燃烧层均发生充分反应并形成了良好的冶金结合,连接界面处存在强烈的元素交互扩散;连接界面具有较强的抗剥离和抗剪切强度,(TiC)pNi/TiAl界面为接头的薄弱环节.     

电场激活原位合成(TiC)pNi/TiAl/Ti功能梯度材料

运用电场激活压力辅助合成(FAPAS)和原位合成技术制备了(TiC)pNi/TiAl/Ti功能梯度材料,研究了电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱和X射线衍射仪分析了梯度材料各层及界面微观组织、相组成和元素分布。结果表明,电场的施加以及TiAl的燃烧反应是合成材料的关键;经原位合成的TiC颗粒均匀细小;金属陶瓷层/TiAl/Ti基板的界面区产生了成分的互扩散并形成了良好的冶金结合。钛板到金属陶瓷层的显微硬度呈梯度变化且具有较好的抗热震性。     

电场激活压力辅助法原位合成TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料

运用电场激活压力辅助合成(FAPAS)和原位合成技术制备了TiC-Ni/TAl/Ti功能梯度材料,研究了电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射仪分析了材料各层及界面的微观组织、相组成和元素分布。结果表明,电场的施加以及TiAl的燃烧反应是合成材料的关键。原位反应合成的TiC颗粒分布均匀、颗粒细小。TiC-Ni/TiAl/Ti功能梯度材料的界面区产生成分的互扩散,并形成了良好的冶金结合。从钛板到金属陶瓷层的显微硬度呈梯度变化。     

FAPAS制备以微晶Ni_3Al为中间层的金属基功能梯度材料

采用电场激活压力辅助燃烧合成工艺(FAPAS)制备(TiB2)pNi/Ni3Al/M功能梯度材料。研究电场作用下Ni3Al的原位燃烧合成及其与金属和复合材料层(TiB2)pNi的同步扩散连接机理,探讨电场对Ni3Al与不同金属扩散连接界面结构和冶金特征的影响,并对梯度材料的界面微观组织、相组成和力学性能进行表征。结果表明:在外加电场和应力场的作用下,镍粉和铝粉发生剧烈反应生成细小致密的Ni3Al金属间化合物,产生的化学热有助于促进界面物质迁移,这是形成连接的关键;梯度材料的各层之间完全连接,抗热冲击性能良好,断面微观硬度呈梯度分布。     

TiAl/Ti/Nb/GH99扩散连接接头的界面组织结构及接头强度

采用Ti/Nb复合中间层对TiAl与镍基高温合金(GH99)进行扩散连接.采用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等手段对连接接头的生成相及界面组织结构进行分析,采用抗剪强度测试对接头的连接强度进行评价.结果表明,GH99/Nb/Ti/TiAl的典型界面结构为GH99/(Ni,Cr)ss/Ni3Nb/Ni6Nb7/Nb/(Ti,Nb)ss/α-Ti+(Ti,Nb)ss/Ti3Al/TiAl.当连接温度为900℃,连接时间为30 min,连接压力为20 MPa时,所得接头抗剪强度最高为273.8 MPa.随着连接温度的升高,界面组织结构及反应层厚度发生变化.当连接温度T>900℃时,界面处生成对接头强度有不利影响的Ni6Nb7反应层;根据试验结果,进一步分析了各反应层的形成过程,揭示了GH99/Nb和Nb/Ti/TiAl的界面扩散反应机制.     

电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究

本试验采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了Ti/Ni的扩散连接。研究了Ti/Ni两种材料发生界面扩散反应时新相的生成规律及其对连接强度的影响。利用扫描电子显微镜及能谱仪观察和分析了扩散层的显微组织、相组成和界面元素分布。采用万能试验机对扩散层的抗剪切性能进行了测试。研究结果表明,在电场作用下,Ti与Ni通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,界面处金属间化合物的生成次序依次为Ni3Ti、Ni Ti2、Ni Ti。当扩散温度≥750℃时,Ti表现出超塑性和良好的扩散性,促使扩散层中的Ni3Ti转变成富钛层,该富钛层的形成有利于接头强度的提高。界面的剪切强度随着电流的增大而增大,当电流为930~1200 A时,界面的剪切强度可达90.54 MPa。     

TiAl合金与镍基高温合金的扩散连接

采用钛为中间层,对TiAl合金与镍基高温合金（GH99）进了扩散连接.研究了扩散连接接头的界面结构和连接温度对界面结构及连接性能的影响,并对连接界面反应层的形成机制进行探讨.结果表明,GH99/Ti/TiAl的界面结构为：GH99/（Ni,Cr）ss/富Ti-（Ni,Cr）ss/TiNi/Ti2Ni/α-Ti＋Ti2Ni/Ti（Al）ss/TiAl＋Ti3Al/TiAl;随着连接温度的升高,各反应层厚度增加,接头的抗剪强度先增加后减小;在连接温度1 173 K,连接时间30 min,连接压力20 MPa时,抗剪强度最高为260.7 MPa.     

Cf/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金.利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能.结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的.     

TiAl/40Cr扩散连接接头的界面结构及相成长

在 1173～ 1373K、0 .3～ 5 .4ks的接合条件下对TiAl金属间化合物与 4 0Cr钢进行了真空扩散连接。采用扫描电镜 (SEM )、电子探针微区成分分析 (EPMA)、X射线衍射分析 (XRD)等方法确定了反应相的种类和界面结构。研究结果表明 ,在 1373K的接合温度下 ,TiAl/ 4 0Cr接头生成了TiC ,Ti3 Al,FeAl和FeAl2 4种反应相 ,形成了 3个反应层 ,界面结构为TiAl/Ti3 Al+FeAl+FeAl2 /TiC/脱碳层 / 4 0Cr钢。界面总反应层的厚度随接合温度和接合时间按抛物线方程成长 ,成长的活化能Q为 2 11.9kJ/mol,成长常数k0 为 4 .6× 10 -5m2 /s。当脆性反应层厚度为 3μm时 ,TiAl/ 4 0Cr钢接头的室温拉伸强度达到 183MPa的最大值。     

AZ31B/Al电场固相扩散界面结构及性能分析

采用电场激活固相连接工艺(FADB)实现了AZ31B镁合金与铝粉的固相扩散,观察研究了界面处扩散溶解层的微观形貌和相组成以及界面处元素交互扩散分布情况,测试了扩散溶解层的表面硬度和耐腐蚀性,探讨电场对AZ31B/Al固相扩散的影响.研究结果表明,在FADB条件下,AZ31B/Al结合界面处形成的扩散溶解层由均匀共晶层-溶解过渡层和胞晶区构成;外加电场通过降低界面处生成物的激活能,促进了Mg-Al间的扩散反应,所形成的锯齿状结构有利于提高界面连接强度;试样表面的平均硬度及耐腐蚀性能均高于镁合金母材.     

电场作用下SiC与Ti扩散连接界面结构及力学性能

对电场作用下Si C与Ti扩散连接接头界面结构及力学性能进行了分析测试。研究发现,当金属、陶瓷分别连接电场正、负极时,电场可促进界面扩散反应层厚度增加,而电压极性相反时,促进作用明显减弱;连接界面发生原子扩散及化学反应,生成相主要为:Ti_5Si_3与Ti C,从Si C侧到Ti侧界面相结构依次为Si C/Ti C/(Ti_5Si_3+Ti C)/Ti;性能测试结果表明,1000℃/2 h/7.5 MPa下获得的接头剪切强度为66.4 MPa,950℃/1.5 h/7.5 MPa/400 V电场作用下扩散连接接头剪切强度为69.6 MPa,即在其他连接工艺参数相同情况下,施加电压可以增大剪切强度,提高连接效率。     

轧制加热温度对钛/钢复合板组织与性能的影响

采用钢/钛/隔离剂/钛/钢对称结构复合板坯,研究了轧制加热温度(850-1000℃)对钛/钢复合板显微组织、基材强韧性和界面结合性能的影响。结果表明,随着轧制加热温度的升高,界面剪切性能逐步下降。加热温度影响着界面反应相的种类和厚度。在850,875,900℃条件下,轧后冷却扩散过程中,C极容易在钛/钢界面形成TiC层,阻碍了Fe向Ti中扩散,因而界面形成TiC和β-Ti反应层;在950℃和1000℃条件下,由于C在β-Ti中的扩散系数为C在γ-Fe扩散系数的10倍以上,C不能在结合界面富集形成有效的TiC屏障,此时Fe能够在Ti中充分扩散,从而形成了Fe-Ti金属间化物层、TiC层、β-Ti层和α-β Ti层。脆性反应相的厚度与加热温度呈正相关关系。脆性相种类和厚度增加使得钛/钢复合板界面剪切强度出现下降。     

气流磨处理钨粉的研究

在1143～1213 K、120～1500 s参数范围内以Ag-Cu-Ti箔为钎料对TiAl合金与42CrMo钢进行了真空钎焊试验.采用光学显微镜、扫描电镜、元素面扫描和能谱分析等方法对界面组织进行了分析,测量了界面反应层厚度.分析了界面反应层的形成过程及受控因素,计算了反应层成长的动力学参数.结果表明,接头界面反应层包括靠近TiAl合金的AlCuTi+Ti3Al层、AlCu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层,其成长活化能分别为324.97、207.97、338.03 kJ/mol.TiAl合金与钎科的界面反应层受控于液态钎料中的Cu元素,成长较快:42CrMo钢与钎料间的TiC层受控于固态钢中C元素,成长较慢.脆性反应层AlCuTi+Ti3Al层厚度为3.3μm时接头强度最高,脆性层厚度继续增大,接头强度显著下降.     

热处理对钛-钢爆炸轧制复合板组织和性能的影响（英文）

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、显微硬度计和拉剪实验,研究不同热处理温度对钛-钢爆炸轧制复合板界面组织特征和性能的影响。热处理温度为650、750、850、950°C,保温时间为60 min。结果表明:热处理过程加速界面元素扩散和组织的转变。随着温度的升高,复合板剪切强度下降。在850°C及以下温度热处理时,扩散反应层形成化合物TiC,剪切强度下降缓慢。当热处理温度超过850°C时,扩散反应层形成大量的Ti-Fe金属间化合物(Fe2Ti/FeTi)及少量的TiC,剪切强度明显下降。     

C_f/SiC复合材料与钛合金Ag-Cu-Ti-C_f复合钎焊

采用Ag-Cu-Ti-Cf(Cf:碳纤维)复合钎料作中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC化合物的混合反应层.复合钎料中的铜与钛合金中的钛发生互扩散,在连接层与钛合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层.钎焊后,形成碳纤维强化的致密复合连接层.碳纤维的加入缓解了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-Cf/TC4接头抗剪强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头.     

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。     

SiCf/Ti-60热稳定性研究

本文对采用磁控溅射先驱丝法制备的SiC_f/Ti-60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,界面反应层主要产物为TiC,纤维中C、Si元素和基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;C元素扩散速率较快,在界面处和基体内形成TiC,基体中的TiC主要集中分布在α相晶界处。SiC_f/Ti-60复合材料反应层长大受扩散控制并遵循抛物线定律,界面反应层长大指数因子为2.27×10_-4 m/s_1/2,界面反应层长大激活能为118 kJ/mol。     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合-扩散连接

采用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料作为连接层,在连接温度930℃,保温时间5min的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金.利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验测试接头力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与C/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,连接层的铜、镍与钛合金中的钛发生相互扩散,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物过渡层.对钎焊接头进行900℃,保温60 min扩散处理后,连接层组织达到均一化,母材TC4合金侧过渡层增厚.扩散处理后接头强度为99 MPa,较钎焊接头强度65 MPa提高了52％.     

(Ag-Cu-Ti)+(Ti+C)复合钎料钎焊Cf/SiC复合材料与TC4钛合金

Ag-Cu-Tj复合钎料中加入Ti粉和石墨碳粉作为中间层,在适当的工艺条件下真空钎焊Cf/SiC复合材料与TCA.利用SEM,EDS,XRD分析接头微观组织,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明:钎焊时,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成由Ti3、SiC2相、Ti5Si3相和少量TiC化合物组成的混合反应层.复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同Ti含量的Cu-Ti化合物过渡层.钎焊后,连接层中Ti和石墨碳反应形成的TiC微粒均匀分布在复合连接层中,缓和了接头的热应力.当连接温度为910℃,保温时间为25 min时,可得到接头剪切强度为145 MPa.     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎焊分析

在适当的工艺参数下,用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,采用SEM,EDS和XRD分析接头组织结构,利用剪切试验检测接头的力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物扩散层.增强相钨粉能有效缓解接头的残余热应力,提高接头力学性能,在连接温度930℃,保温时间20 min的工艺条件下,增强相钨粉含量为15%(体积分数)时,接头抗剪强度最高为166 MPa.