扩散连接接头区域元素浓度分布的数值分析

扩散连接接头区域元素浓度的分布是扩散连接技术中影响被连接材料的扩散，相变，界面反应及接头质量的重要因素，为此人们借助于计算技术。对其进行数值模拟，以便对扩散连接过程及质量进行预测与实时控制，针对异种材料的扩散连接过程，以热力学第二定律为基础，进行了扩散连接接头区域元素浓度分布的数值分析，建立了生成固溶体类型的界面反应模型，以使人们能够定性或半定量的分析扩散连接因素对接头性能的影响。利用耐热合金K5与耐热钢2Cr12NiMoV的扩散连接对建立的模型的试验验证表明，模型能够较好的反映元素的分布规律，可以为扩散连接工艺参数的制定提供一定的参考。     

陶瓷与金属扩散连接和场致扩散连接研究现状和进展

连接技术是材料加工和实际工程应用的热点内容,而扩散连接技术是实现陶瓷和金属可靠连接的主导方法之一.主要介绍了扩散连接的工艺、接头元素扩散与界面反应以及残余应力分析等,并在此基础上简介了场致扩散连接的工艺及其界面反应机理,突出了其温度低、时间短、压力小以及简便的工艺特点.     

TiAl/Ti/GH99扩散连接接头应力的数值模拟

利用有限元方法,对采用钛作中间层扩散连接TiAl基合金与GH99合金所得接头在冷却过程中所产生的应力分布情况进行分析,并研究了连接温度对应力分布特征及大小的影响.结果表明,在钛中间层与TiAl基合金和GH99合金的连接界面处均存在一定的应力集中,其中钛中间层与GH99合金的连接界面处应力相对较大.降低连接温度时,接头应力分布特征基本没有变化,但最大应力的数值随之减小.将模拟结果与试验结果进行对比发现,模拟结果与试验结果具有很好的吻合性.     

Ti/Cu/Ti部分瞬间液相连接Si_3N_4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间层在 12 73K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接 ,实验考察了保温时间对连接强度的影响。用SEM ,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析 ,并用扩散路径理论 ,研究了界面反应产物的形成过程。结果表明 :在连接过程中 ,Cu与Ti相互扩散 ,形成Ti活度较高的液相 ,并与氮化硅发生反应 ,在界面形成Si3N4 /TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2 /TiSi2 Cu3Ti2 (Si) /Cu的梯度层。保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度     

Zr/Cu/Zr部分瞬间液相焊扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料

采用Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行部分瞬间液相扩散连接实验,研究保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响,探讨了制约接头室温强度的因素,对比分析了在部分瞬间液相扩散连接过程中,辅助脉冲电流对元素扩散及接头强度的作用机制.结果表明,预置Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层通过部分瞬间液相扩散连接,在加热温度950℃,保温时间15~30 min条件下接头强度达到最大值.保温时间过短,活性元素Zr削弱基体强度,保温时间过长,Zr与Cu在界面生成金属间化合物降低了接头的强度.扩散焊过程中施加辅助脉冲电流能够有效缓解接头的残余应力,防止裂纹在脆性基体材料中扩展;但是同时促进了界面处的反应进程,显著提高了界面处Cu-Zr金属间化合物的形成速度,使得界面易成为接头的薄弱环节.     

Ti／Cu／Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间导在1273K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,实验考察了保温时间对连接强度的影响,用SEM,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析,并用扩散路径理论,研究了界面反应产物的形成过程,结果表明：在连接过程中,Cu与Ti相互扩散,形成Ti活度较高的液相,并与氮化硅发生反应,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2/TiSi2 Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层,保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度。     

异种材料TLP扩散连接过程的非对称性

通过对SiC颗粒增强A1基复合材料与A1合金的TLP扩散连接试验，对异种材料TLP扩散连接过程存在的非对称性进行了深入的研究，并对异种材料TLP扩散连接过程的等温凝固动力学进行了数学建模，且结合接头区域的成分分布进行了验证。研究表明：SiC颗粒增强铝基复合材料与铝合金连接接头区域连接界面向铝合金一侧偏移，接头区域溶质原子成分分布非常不均匀；由于溶质原子扩散速度以及中间层和母材冶金反应的不同，导致异种材料TLP扩散连接过程存在明显的非对称性。所建的等温凝固动力学模型能够用来解释异种材料TLP扩散连接过程，对于异种材料连接具有重要的理论意义。     

膨胀压差法扩散连接残余应力数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS对Ti-6Al-4V与ZQSn10-10组合筒形件扩散连接接头残余应力的大小及分布进行了数值模拟.结果表明,有害的较大的残余应力出现在连接界面金属间化合物混合层上以及靠近Ti-6Al-4V母材侧的狭小区域;沿着连接界面轴向上的应力分布均匀,但邻近上下表面由于边缘效应而产生较大的应力集中.     

TiAl/40Cr的扩散钎焊

采用AgCuTi作中间层的扩散钎焊方法，实现了TiAl基合金与40Cr钢的异质连接；并用扫描电镜、电子探针扫描、X射线能谱等手段，对其接头组织、原子互扩散行为和界面反应等进行了分析研究。结果表明，界面原子间的范德华尔兹力、冶金结合、机械咬合以及界面反应是实现TiAl/AgCuTi/40Cr接头连接和获得优良接头强度的原因。     

TC4钛合金局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接与机理分析（英文）

提出了一种新型扩散连接方法——局部感应加热刚性拘束热自压扩散(TSCB)。利用TC4板材进行了实验,验证了局部感应加热刚性拘束热自压扩散方法的可行性。在实验基础上建立了感应加热刚性拘束热自压扩散过程热应力应变有限元分析模型,揭示了钛合金局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接机理。实验结果表明,感应加热刚性拘束热自压扩散原理合理,接头显微组织均匀,综合力学性能较好。热应力应变过程有限元数值分析表明,在刚性拘束的待连接材料对接区域进行局部感应加热时,界面附近形成热拘束应力应变场,对界面处高温热塑性状态金属进行热挤压,促进界面两侧原子扩散,最终实现了固相连接。     

Numeric simulation of thickness of intermetallic compounds in interface zone of diffusion bonding for Cu and Al

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｏｐｐｅｒａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓ ｔｒｙａｎｄｔｈｅｉｒｊｏｉｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｔｈｅｍｅｔａｌｗｅｌｄｉｎｇ .Ｂｒａｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏａｄｖｅｒｓｅｆｏｒｃｏｐｐｅｒ’ｓｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｒａｔｅｉｓｈｉｇｈ ,ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆ ｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｃｏｐｐｅｒａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｆｏｒｍｏｘｉｄａｔ…     

碳钢轧制-扩散复合模拟试验研究

为实现小变形轧制-扩散一次成形制造钢质蜂窝夹芯复合板,文章利用瞬间液相(简称TLP)扩散复合原理,采用自制的铜基助复剂,在Gleeble热模拟试验机上,对碳钢进行了复合试验研究。从力学性能及微观组织两方面分析了工艺参数对复合效果的影响。结果表明,当温度加热到高于助复剂熔点20℃～30℃,即820℃～830℃,压下量在8%～10%,延长保温时间可使复合界面消失,复合界面间形成真正的冶金结合,为轧制-扩散生产线的建立提供了理论依据。     

Interface effects during consolidation in titanium alloy components locally reinforced with matrix-coated fibre composite

An investigation has been made of diffusion bonding at the interface between a local reinforcing metal matrix composite and a monolithic engineering material. Diffusion bonding occurs during the consolidation of the composite during component manufacture. In this study, the composite is made up from Ti–6Al–4V titanium alloy coated SiC fibres, and the monolithic engineering material is also Ti–6Al–4V, but with a different microstructure.

An interface model is presented which takes account of diffusion bonding and which is able to describe the deformation behaviour at the interface between composite and monolithic material during composite consolidation. The model is developed from an existing diffusion bonding theory, and is implemented into finite element software.

The finite element simulations, and results of experiments, show that diffusion bonding can lead to localised deformation, the inhibition of consolidation, and a resulting inhomogeneous distribution of consolidated and unconsolidated regions during component manufacture. A further effect of the diffusion bonding is to increase the level of component distortion which results from the constraint imposed on the consolidating composite.

The interface model presented enables the simulation of practical forming processes so that process variables such as temperature and pressure can be chosen to ensure appropriate finished component properties.     

日本关于固相扩散焊界面空洞收缩机理的研究

日本学者对固态扩散焊界面空洞收缩机理进行了系列研究：（1）提出了二维界面几何模型;指出界面空洞收缩是在塑性变形、粘塑性变形、界面扩散及体积扩散四大机制作用下实现的：并估算了各机制的作用大小,（2）在基于空位扩散的界面扩散的数值计算中,考虑了因界面扩散引起的刚性位移及在不同接合率下的空沿间隔2L的变化;另外还研究了空洞表面扩散快慢对界面扩散的影响。（3）首次提出了粘塑性变形机制的有限元模型,并发现在扩散焊后期拘束对空洞收缩速度有显著的抑制作用。     

高钒高速钢/35CrMo复合轧辊界面组织和性能研究

采用电磁半连续复合铸造法制成高钒高速钢35CrMo复合轧辊，研究了复合界面组织形貌特征和微区成分分布，测试了结合界面的力学性能。结果表明：界面上有厚度为40μm左右扩散层，层内显微组织为珠光体；邻接扩散层的合金钢侧组织为铁素体和珠光体，高速钢侧为马氏体基体上分布着VC颗粒。高速钢和舍金钢的显微硬度值分别为700HV和250HV，扩散层介于两者之间硬度值为350HV；冲击韧度值可达到100J／cm^2。该方法制备的复合轧辊界面具有良好的组织特征和力学性能，是冶金结合和扩散结合共同作用的结果。高钒高速钢35CrMo复合界面存在明显扩散层，且界面两侧发生成分扩散。结合区两侧显微硬度差别很大，但在界面处无突变。界面冲击韧度随高钒高速钢面积比的增加快速下降。     

陶瓷与金属扩散连接的研究现状

陶瓷与金属的连接技术是材料工程领域的热点研究课题,而扩散连接方法被认为是陶瓷与金属连接最适宜的方法。本文综述了陶瓷与金属扩散连接的研究现状,重点介绍了界面反应研究、残余应力分析和连接工艺研究等内容,并在此基础上指出了研究中所存在的问题。     

Interfacial pressure distribution and bonding characteristics in twin-roll casting of Cu/Al clad strip

The mechanical properties and product thickness specifications of bimetallic clad strip prepared by twin-roll casting are tightly related to the mechanical behavior of bonding interface interaction. The thermal?flow coupled simulation and the interface pressure calculation models are established with the cast-rolling velocity as the variable. The results show that the interface temperature decreases, the interface pressure and the proportion of the thickness of the Al side increase with the decrease in cast-rolling velocity. The thinning of Cu strip mainly occurs in the backward slip zone. The higher pressure and longer solid/semi-solid contact time make the interface bonded fully, which provides favorable conditions for atomic diffusion. The inter-diffusion zone with a width of 4.9 μm is attained at a cast-rolling velocity of 2.4 m/min, and the Cu side surface is nearly completely covered by aluminum. Therefore, the ductile fracture occurs on the Al side, which prevents the propagation of interface delamination cracks effectively. Meanwhile, shear effect becomes more significant at high interfacial pressure and large plastic strain, and the microstructure on Al side is composed of slender columnar crystals. Thus, the metallurgical bonding and refinement of grains on the Al side can result in higher bonding strength and tensile properties of the clad strip.     

扩散退火和热轧温度对钛铜界面结合强度的影响

对热挤压的钛铜复合棒进行扩散处理,研究扩散退火温度及保温时间对界面结合强度的影响,并通过测试Ti和Cu在高温下的拉伸性能来选择较为合适的热轧温度。结果表明:扩散退火可有效促进界面处金属原子的扩散和增强结合强度,当扩散退火在780～800 ℃/30 min时复合界面的结合强度最高;钛铜复合棒热轧温度应选择780 ℃较为合适,此时Ti、Cu的强度和塑性指标相近,利于热轧时的均匀变形;钛铜复合棒的热轧结合机理可用N.Bay理论、热作用机制及位错学说进行解释。     

Diffusion bonding of Ti-6Al-4V to ZQSn10-10 in vacuum

The experimental investigation of the direct diffusion bonding of Ti-6Al-4V to ZQSn10-10 was carried out in vacuum. The microstructure of bonded joint was studied by scanning electron microscopy （SEM）, energy dispersive spectroscopy （ EDS ） and the mechanical properties were detected by the tensile experiments. The microstructure and tensile strength of the joint mainly depend on the bonding temperature and bonding time. A satisfying diffusion bonded interface with a tensile strength of 73.9 MPa can be obtained under the condition of bonding temperature 850℃ for 30 rain. Three kinds of reaction products were observed in the bonded interface, namely β-Ti, CoaTi and CuSn3Ti5. And the brittle Cu3Ti and CuSn3 Ti5 are mainly responsible for lowering the strength of the bonded joint. The diffusion distances of Sn , Cu and Ti and square root of bonding time are approximately linear relationship. And diffusion velocity of Sn, Cu and Ti in the diffusion reaction layer are 0. 013 9,0. 069 7 and 0. 056 4 mm^2/s.