钴/镍复合中间层真空扩散连接钨与钢

以钴粉/镍箔为复合中间层，采用800，900和1 000 ℃等三种连接温度，加压10 MPa并保温120 min的工艺条件，对钨/钢真空扩散连接. 研究了接头的微观组织、成分分布、力学性能及断口特征. 结果表明，连接温度为800 ℃和900 ℃时，钨/中间层界面金属间化合物生成很少，对应接头抗剪强度分别为186 MPa和172 MPa，断口均位于钨母材中近界面的位置，为典型解理断裂形貌；当连接温度升至1 000 ℃时，钨/中间层界面生成厚度小于2 μm的连续金属间化合物层，接头抗剪强度降至115 MPa，断裂也发生在钨母材中近界面的位置，断口大部分区域为沿晶断裂特征.     

Cu/W-Ni-Co/Ni多中间层的钨/钢扩散连接

采用铜箔/90W-5Ni-5Co(质量分数,%)混合粉末/镍箔复合中间层,在加压5 MPa、连接温度1120℃、保温60 min的工艺条件下,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行了连接。利用SEM、EDS、电子万能试验机及水淬热震实验等手段研究了接头的微观组织、成分分布、断口特征、力学性能及抗热震性能。结果表明,连接接头由钨母材、Cu-Ni-Co合金层、钨基高密度合金层、镍层、钢母材5部分组成。接头中的钨基高密度合金层由90W-5Ni-5Co混合粉末固相烧结生成,其Ni-Co粘结相和钨颗粒相冶金结合且分布均匀。钨基高密度合金层与钨母材以瞬间液相扩散连接机制实现了良好结合。接头剪切强度达到286 MPa,断裂均发生在钨基高密度合金层/镍层结合区域,断口形貌呈现为韧性断裂。经过60次700℃至室温的水淬热震测试,接头无裂纹出现。     

电镀辅助热等静压扩散连接钨/钢接头的特征

采用电化学沉积技术在纯钨圆柱表面上电镀了厚度为10 μm的Ni镀层,再利用热等静压扩散连接方法制备可应用于核聚变堆部件的钨/钢圆柱体连接试样。热等静压扩散连接工艺参数设定为900 ℃/100 MPa/1 h。由组织和成分分析可知钨/钢扩散连接接头形成了良好的冶金结合,其接头抗拉伸强度约为236 MPa,但由于残余应力集中,钨/钢接头断裂失效发生在靠近连接界面的钨基体内。实验加入Cu作为软质中间层,通过蠕变或者屈服机制释放残余应力,使得钨/钢接头强度提高到312 MPa。同时分析了镀层的结合力和钨/钢连接接头界面的硬度分布。     

V/Nb复合中间层热等静压扩散连接钢/钨接头的组织与性能

采用V/Nb复合中间层成功实现了钢/钨热等静压扩散连接，并对高温低压(1 050 ℃, 20 MPa)和低温高压(950 ℃, 100 MPa)条件下形成的接头界面结构及连接强度进行了探究. 结果表明，高温低压组和低温高压组接头均呈W/Nb/V/钢四层结构，抗剪强度分别为96.9 MPa和104.2 MPa，断裂位置均为无明显化学反应发生在Nb/V界面. 与高温低压组相比，降低连接温度并提高连接压强在一定程度上有助于形成高致密度的连接接头，但不能促进薄弱界面(Nb/V)的元素扩散并显著提高接头的连接强度.     

W-(Ni-Cr-Fe-Si-B)混合粉末中间层真空扩散钎焊连接钨与钢

以高能球磨态90W-10(Ni-Cr-Fe-Si-B)(质量分数,%)混合粉末为钎料中间层,分别采用1000、1050和1100℃,均保温60 min并加压5 MPa的工艺参数,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行真空扩散钎焊连接。利用激光粒度分析仪、SEM、EDS和电子万能试验机等研究混合粉末形态、接头的微观组织、成分、力学性能及断口特征。结果表明:接头中的混合粉末中间层通过液相烧结过程,实现钨与钢的扩散钎焊连接,并在接头中生成均匀致密的钨基高密度合金层。高能球磨制备混合粉末对钨基高密度合金层压力下的均匀化与致密化生成具有关键作用。连接温度越高,钨基高密度合金层的液相烧结组织特征越明显。钨/钢接头剪切强度在125~130 MPa之间,断裂均发生在钨基高密度合金层/钨母材的结合区,断口主要呈现为钨母材的脆性沿晶断裂和钨基高密度合金层粘结相与钨颗粒相的韧性脱离断裂。     

连接温度对Ti中间层钼/铜异种金属扩散焊接接头组织性能的影响

以Ti箔作为中间层,采用瞬间液相扩散焊接的方式焊接Mo和Cu,研究了连接温度对焊接接头显微组织及剪切强度的影响。结果表明,连接温度较低时,扩散连接接头的的界面呈分层结构,随着连接温度的升高,Ti、Cu及Ti、Mo相互扩散反应,获得了良好的焊接接头。接头的剪切强度随连接温度升高逐渐增大。1030℃时,接头的剪切强度达到180.3 MPa,断裂发生在Mo母材。     

X80钢瞬间液相扩散焊接接头的性能

采用瞬间液相扩散焊(transient liquid phase diffusion bonding,TLP)对X80钢进行焊接,研究了在不同压力和保温时间下焊接接头的显微组织形貌、元素扩散情况以及接头强度。结果表明:不同参数条件下连接界面的形貌差异大,当焊接参数为2 MPa、360 s、1050℃时,连接界面的连接情况较好,且焊缝内部无缺陷;Fe、Ni元素在连接界面存在浓度梯度,并可以看出有明显的互扩散层,且Ni元素的扩散通量大于Fe元素,而Mn、C元素分布较为均匀,试样的抗剪切强度最高,为382.27 MPa;焊接参数为3 MPa、480 s、1050℃的试样拉断位置位于中间层处,且该组试样的抗剪切强度最低(118.78 MPa),其余组别试样的拉断位置均位于母材处,抗拉强度接近母材。     

扩散焊接钨/钒/钢体系的界面结构及力学性能

采用厚度为0.5 mm钒片作为中间层,在1050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行扩散焊接.采用扫描电镜、能谱仪和纳米压痕分别对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对接头的拉伸性能进行测试,并对其断口形貌和元素分布进行分析.结果表明,利用母材与中间层之间元素的相互扩散,可实现钨/钢材料的焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应钒层及钒-钢扩散层3部分组成,其中钒-钢界面层结构为钒/VC层/脱碳层/钢;钢/钒扩散层具有最高的显微硬度;钨/钢接头抗拉强度为75 MPa,含脆性相VC的钒/钢界面是接头失效的主要断裂源.     

Be/CLAM钢热等静压连接界面特性及力学性能

以AgCu28合金作为过渡层材料,采用热等静压（HIP）方法进行Be／CLAM钢（中国低活化马氏体钢）的扩散连接。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及剪切试验分析了接头的扩散层显微组织、元素分布和力学性能。研究表明：采用AgCu28合金作为过渡层材料,在900℃,160MPa,2h条件下能够实现Be／CLAM钢的扩散连接;AgCu28合金过渡层材料能有效地减少铍、CLAM钢母材间的元素互扩散,防止了Be-Fe等脆性金属间化合物的大量生成。接头质量较好,剪切强度达180MPa。     

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。     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化，以AgCu₂₈为钎料，无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明，采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力，提高接头强度，并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧，防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内，钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃，3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高，达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口，可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主，含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

采用冷喷涂铜涂层做中间层的镁合金与钢共晶接触反应钎焊工艺及接头性能

采用厚度为50 μm的冷喷涂铜涂层作为中间层,研究了连接温度和保温时间对AZ31B镁合金/钢异种金属接触反应钎焊接头剪切强度的影响规律.通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度和剪切强度试验,研究了AZ31B镁合金/钢钎焊接头界面微观组织和力学性能.结果表明,当连接温度为530℃,保温时间为60 min时,接头剪切强度达到最大值36.9 MPa.AZ31B镁合金/钢钎焊接头界面反应产物主要为Mg₂Cu,α-Mg固溶体和Mg-Cu-Al三元相.Mg-Cu-Al三元相的尺寸和分布,以及08F钢侧是否存在Mg₂Cu共晶相共同决定了接头的强度.由钎焊接头断口可知,最佳工艺参数下断裂方式为脆性断裂与韧性断裂的混合方式.     

TiC增强Cf/SiC复合材料与钛合金钎焊接头工艺分析

采用Ag-Cu-Ti-（Ti＋C）混合粉末作钎料,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,钎焊后钎料中的钛与Cf/SiC复合材料发生反应,接头中主要包括TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3,Ag,TiCu,Ti3Cu4和Ti2Cu等反应产物,形成石墨与钛原位合成TiC强化的致密复合连接层.TiC的形成缓解了接头的残余热应力,并且提高了接头的高温性能.接头室温、500℃和800℃高温抗剪强度分别达到145,70,39 MPa,明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4钎焊接头.     

钎焊温度对Ti60合金与Si3N4陶瓷接头界面组织及性能的影响

为研究钎焊温度对Ti60/Si₃N₄接头组织与力学性能的影响,采用Ag-28Cu共晶钎料在870~910℃温度区间,保温10 min条件下进行钎焊连接.利用扫描电子显微镜、能谱仪对钎焊接头界面组织进行分析,得到的典型接头界面组织结构为Ti60/Ti-Cu化合物/Ag（s,s）+Cu（s,s）/Ti-Cu化合物/Ti₅Si₃+TiN/Si₃N₄,并对钎焊接头的组织演变过程进行了分析.结果表明,随着钎焊温度的升高,Ti60侧的Ti-Cu化合物反应层与Si₃N₄陶瓷侧的Ti₅Si₃+TiN反应层厚度逐渐增加,Ag（s,s）与Cu（s,s）含量减少,同时,扩散至Si₃N₄陶瓷侧的Ti元素与液相中Cu元素反应生成Ti-Cu化合物并在Ti₅Si₃+TiN反应层中形核.剪切测试表明,在钎焊温度880℃,保温10 min工艺参数条件下获得的接头最大抗剪强度为61.7 MPa.     

SiCf/SiC与MX246A钎焊接头界面组织及性能分析

利用Ti,Hf的反应活性配制的高温活性钎料,对SiC_f/SiC复合材料与MX246A高温合金进行了高温钎焊,并实现两者高强度钎焊连接,分析了接头界面微观组织、物相组成与力学性能. 结果表明,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头界面中有Ni₂Si,NiTi,TiC,NiAl,Ni₃₁Si₁₂等产物生成,其结构可以表示为:(SiC_f/SiC)/TiC + NiTi + Ni₂Si + Ni₃₁Si₁₂ + (Ni, Cr) + (Cr, W) + (W, Mo)/MX246A. 在室温及1 000℃下,钎焊接头抗剪强度均达到70 MPa以上,接头断裂于复合材料侧. 在1 270 ℃保温15 min条件下,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头1 000 ℃的平均抗剪强度可达到90 MPa.     

钛/铜中间层/钢扩散焊复合管界面组织与性能

以铜箔为中间层,采用拉拔—内压扩散法制备钛/钢复合管.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X-光衍射仪和能谱仪对界面组织、断口形貌和成分进行分析,通过剪切试验测定界面的结合强度.结果表明,以铜箔作中间层,拉拔—内压扩散法实现了钛/钢的冶金结合;在钛/铜界面处发生了明显的原子扩散,并形成不同的扩散层;随着扩散温度和时间的增加扩散层的厚度逐渐增加;中间层的加入阻止了固相扩散中钛铁、钛碳脆性化合物生成;钛/钢界面的抗剪强度随着扩散温度的升高先增加后降低,铜层的加入使抗剪强度明显提高,最高可达310 MPa.     

铜中间层钛-钢扩散复合界面组织与性能

利用真空扩散焊方法制备了铜中间层钛-钢焊接接头,并采用OM、SEM、EDS、显微硬度和拉伸试验方法,研究了铜中间层钛-钢扩散复合界面组织和性能。结果表明,Fe、Ti原子在界面处发生了互扩散,钛侧形成α-βTi+αTi或βTi+α-βTi+αTi组织,钢侧发生脱碳并形成柱状晶组织;拉伸强度随扩散温度升高呈现先增加后减小的趋势,950℃、30 min扩散试样拉伸强度最高,达到262 MPa;拉伸断口具有塑性断裂区与脆性断裂区特征,并在断口上检测出TiC相。     

以Ti-Zr-Cu-Ni-Fe合金为中间层的Ti3Al/TiAl瞬间液相扩散连接

采用瞬间液相扩散焊方法,以自主设计的Ti-Zr-Cu-Ni-Fe系新型合金作为中间层,实现了Ti₃Al基合金与TiAl异种材料之间的连接.利用扫描电镜、电子探针以及X射线衍射分析等方法对接头界面微观组织和物相进行了分析.结果表明,Ti₃Al/TiAl接头主要由富Ti相、Ti₂Al反应层、α₂-Ti₃Al相以及溶入了Al元素的残余中间层组成;随着焊接温度的升高,中间层与母材的溶解与扩散变得更加强烈,使得Ti₂Al反应层厚度增加,残余中间层的数量减少.抗剪测试结果显示,焊接接温度在880~1010℃范围内时,提高焊接温度有利于接头强度的提高;接头在室温下的最大抗剪强度达到502 MPa,在500℃下为196 MPa.