以Si-CaO/Al2O3-Si为连接层的C/C复合材料扩散连接接头微观组织及其剪切强度

CaO/Al₂O₃用于SiC之间的扩散连接，具有接头强度高、连接可靠等优点，但CaO/Al₂O₃与C/C复合材料的润湿性差，不宜直接用于C/C复合材料的扩散连接。为解决C/C复合材料难以焊接以及连接接头强度较低的问题，本文采用Si-CaO/Al₂O₃-Si复合夹层作为连接层，对C/C复合材料进行扩散连接，通过Si与C/C在高温下反应生成SiC以及SiC与CaO/Al₂O₃之间的相互作用，获得高强度接头。结果表明，随着保温时间的延长，接头的剪切强度先升高后下降。1500℃保温90 min的接头，剪切强度达到38.17 MPa，连接接头内部形成“富Si的过渡层-中间层-富Si的过渡层”对称结构，接头中生成的物相主要包含SiC以及由Al₂SiO₅、SiO₂、CaAl₄O₇等构成的复合玻璃相，剪切断裂主要发生在C...     

采用Au基钎料真空钎焊Al2O3陶瓷

首先选用AgCuTi活性钎料在880℃/10 min参数下对A1₂O₃陶瓷表面进行金属化处理,之后尽量去除金属化层中的AgCu共晶组织,然后选用两种Au基高温钎料在980℃/10 min参数下对金属化后的A1₂O₃进行了钎焊连接.结果表明,在Al₂O₃/Au-Ni/Al₂O₃接头中靠近Al₂O₃母材的界面处生成一层薄薄的扩散反应层,该反应层主要由TiO₂和Al₂O₃组成;在Al₂O₃/Au-Cu/Al₂O₃接头中同样存在扩散反应层,与前者不同的是,接头中检测到Ti-Au相的存在.分别对Au-Ni和Au-Cu两种钎料获得的Al₂O₃接头进行了抗剪强度测试,前者对应接头强度为95.5 MPa,后者对应接头强度达到102.3 MPa.     

直流电热冲击辅助多组分氧化物钎焊SiC陶瓷的工艺及性能

开发了一种直流电热冲击辅助高温钎焊新技术,成功实现了18.77Gd₂O₃?4.83Y₂O₃?28.22TiO₂?8.75ZrO₂?39.43Al₂O₃多组分氧化物钎料与SiC陶瓷母材之间的钎焊连接. 加热元件采用碳纤维编织体,在20 A直流电流及800 W截断功率下,实现了最佳剪切强度为136.27 MPa的SiC钎焊接头. 多组分氧化物钎料中Al₂O₃及TiO₂组分对实现良好的SiC陶瓷钎焊接头至关重要,其中TiO₂组分与SiC在高温下发生反应从而在界面处生成厚度约为10 μm的富Ti界面反应层,Al₂O₃相向母材中渗入而形成的枝状通道起到钉扎效果,有利于提升钎焊接头整体强度. 热输入过大时,SiC母材严重分解,大量C元素向钎缝区扩散,导致钎缝区出现明显裂纹缺陷,剪切强度降低至约60 MPa,断裂完全发生于钎缝区.     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

Al2O3陶瓷Ti+Nb/Mo金属化对其与Kovar合金钎焊连接的组织和力学性能的影响

采用磁控溅射在Al₂O₃陶瓷表面沉积了Ti+Nb/Mo金属层,实现了氧化铝陶瓷的金属化,并通过电镀镍提高了金属化效果.采用AgCu28钎料,实现了金属化Al₂O₃陶瓷与Kovar合金的可靠连接.通过扫描电子显微镜和能谱观察了钎缝的微观组织.结果表明,钎料与母材发生了明显的界面反应.Cu元素扩散进入Kovar合金,同时Ni元素扩散进入钎料的富铜区,从而促进AgCu/Kovar连接界面的形成;金属化层在Al₂O₃/AgCu钎料界面处,起到了关键作用,其中铌可以抑制脆性化合物形成,缓解残余应力.金属化层镀镍后,钎缝中AgCu共晶区明显,且钎缝较宽,对提高镀镍试样的钎焊接头强度有一定作用.     

不同基体对连续Al2O3f/Al复合材料纤维损伤的影响

采用真空气压浸渗法制备了增强体为Al₂O₃纤维,基体合金分别为1A99、ZL210A、ZL301及7075铝合金的连续Al₂O_3f/Al复合材料,并用NaOH溶液提取出Al₂O₃纤维,研究了不同基体对Al₂O_3f/Al复合材料纤维损伤的影响。结果表明,在同样的制备工艺下,不同的基体对Al₂O₃纤维的损伤程度不同。Al₂O₃纤维与纯铝及ZL210A基体界面反应程度微弱,纤维表面光滑,未发现界面反应产物,纤维剩余强度分别为1 746 MPa和1 658 MPa; Al₂O₃纤维与ZL301发生界面反应生成了MgAl₂O₄(镁铝尖晶石),纤维表面较为粗糙,剩余强度为1 584 MPa; Al₂O₃纤维与...     

Al2O3对铝熔体中杂质Fe扩散行为影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法从均方位移、自扩散系数、径向分布函数、配位数等方面分析研究了Al₂O₃对铝熔体中杂质Fe扩散行为的影响规律。结果表明：Al₂O₃是影响铝熔体中杂质Fe扩散和富集的关键因素，随着Al₂O₃含量的增加，杂质Fe的均方位移随之下降，且随着时间的延长，均方位移的增加幅度减小，扩散系数从0.173×10^-8 m²/s下降到0.037×10^-8 m²/s，即Al₂O₃含量的增加阻碍了杂质Fe的扩散，且Al₂O₃含量阻碍杂质Fe扩散行为的倾向随着时间的延长而加剧。同时，随Al₂O₃含量的增加，径向分布函数曲线发生明显变化，曲线第一峰的高度逐渐变高，即Fe原子配位数逐渐增加，杂质Fe的聚集程度增加。分析认为Al₂...     

中间层对可伐合金4J29/钼组玻璃DM308激光焊接接头结合性能的影响

采用YLS-6000型光纤激光器对可伐合金4J29与钼组玻璃DM308进行激光焊接,研究了中间层对接头强度、界面结构和界面结合机理的影响,分析了界面元素的扩散行为. 结果表明,Mo-Mn-Ni中间层可以减少接头边缘较大的裂纹,Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层可以减少玻璃侧的微裂纹和气泡数目;4J29/DM308激光焊接头承载能力最弱的部位为靠近玻璃侧,穿过气泡发生断裂,Mo-Mn-Ni中间层接头的抗剪切强度最大为10.96 MPa,Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层接头抗剪切强度最大值为13.46 MPa;Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层接头界面过渡层的厚度大约为30 ~ 40 μm,过渡层存在明显的枝晶生长,接头界面XRD相分析结果表明,界面过渡层为Fe和Si立方晶系的复合氧化物FeSiO₃和Fe₇SiO₁₀,接头界面EDS分析结果表明,Fe,Co,Ni等元素在整个界面区域内发生了扩散融合,界面结合主要靠化学反应和元素扩散连接.     

Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC及服役性能

选用纳米Al₂O₃颗粒作为增强相，成功开发了Ag-CuO-Al₂O₃复合钎料，并将其应用于空气反应钎焊固体氧化物燃料电池(SOFC)组件. 对复合钎料的空气反应钎焊工艺进行研究，在1 050 ℃/30 min工艺条件下实现了SOFC电池片与铝化不锈钢连接体的无缺陷连接，分析了接头两侧界面连接特征以及纳米Al₂O₃增强相在连接过程中的演化行为. 对焊后接头进行高温服役性能测试，探究了接头组织和性能在高温氧化(空气)和还原(H₂-50H₂O-N₂)气氛中的演化规律. 结果表明，铝化不锈钢的Al₂O₃保护层对不锈钢基体起到了良好的保护作用，避免了不锈钢基体在连接以及高温服役过程中的性能衰减，在确保接头组织稳定性中发挥了关键作用. 系统分析了高温服役过程对接头气密性的影响，综合评定了Ag-CuO-Al₂O₃复合钎料空气反应钎焊SOFC组件的适用性.     

DD3高温合金与Ti3AlC2陶瓷的真空钎焊

通过对比试验优选出了合适钎料,并进行了后续钎焊试验.在钎焊温度800~900℃,保温时间为10 min的条件下,采用Ag-Cu-Ti钎料实现了DD3镍基高温合金与Ti₃AlC₂陶瓷的真空钎焊连接.利用扫描电镜、能谱仪、XRD等对接头的界面结构进行了分析.结果表明,接头的典型界面结构为DD3/AlNi/Al₃(Ni,Cu)₅+Al(Ni,Cu)+Ag_ss/(Al,Ti)₃(Ni,Cu)₅/Al₄Cu₉+AlNi₂Ti+Ag_ss/TiAg/Ti₃AlC₂.接头的力学性能测试表明,在钎焊温度为850℃,保温时间为10 min的条件下,接头的最高抗剪强度可达135.9 MPa,断裂发生在靠近钎缝的Ti₃AlC₂陶瓷侧.降低和提高钎焊温度对接头界面组织影响不大,但接头强度有一定程度下降.     

钎焊时间对K9玻璃/B2O3-Bi2O3-TiO2/纯钛钎焊接头组织和性能影响

采用B₂O₃,Bi₂O₃,TiO ₂ 混合钎料,通过钎焊连接方法实现K9玻璃与纯Ti在低温下的连接;通过光学显微镜和SEM等方法研究钎焊时间对接头界面组织及性能的影响. 结果表明,当B₂O₃:Bi₂O₃:TiO₂成分为5:4:1时,钎焊温度为650 ℃,保温时间分别为60,80和100 min时,抗剪强度分别为11.5,15.1和12.1 MPa. K9玻璃/钎料结合致密,且存在反应层,而纯Ti/钎料侧界面平直,没有明显的过渡层和熔解现象. 接头断裂一种为完全断裂在金属与钎焊层的脆性断裂,抗剪强度为11.5 MPa;另一种为部分断裂在金属与钎焊界面处,部分断裂在玻璃侧的混合断裂,混合断裂接头抗剪强度最高为16.7 MPa.     

Al2O3颗粒直径对1 vol%的Al2O3/Cu基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al₂O₃颗粒直径的1 vol%Al₂O₃/Cu基复合材料，使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织，利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明：Al₂O₃颗粒直径对Al₂O₃/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响；Al₂O₃颗粒直径越大，Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小；当Al₂O₃颗粒直径为5μm时，Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。     

表面毛化WC-Co硬质合金与铝的真空扩散连接

采用机械方法对WC-Co硬质合金表面进行焊前毛化加工,然后采用BNi2钎料对毛化后的硬质合金表面进行预涂覆处理,最终利用毛化凸台在铝中的压入及界面元素的扩散反应实现WC-Co硬质合金与铝的真空扩散连接. 结果表明,接头界面结构为:Al/Al₃Ni+Al₃Ni₂+Al₅Co₂/Co-Ni(s.s)/W-Co-Ni/WC-Co. 随着预涂覆温度的升高,W-Co-Ni化合物相的体积增大,界面由平齐向不规则演变;随着扩散温度的提高,Al₃Ni+Al₃Ni₂+Al₅Co₂层厚度增加. 当工艺参数增加时,接头抗剪强度呈现出先升高后降低的变化趋势,特别是当预涂覆温度为1 050 ℃,扩散连接温度为575 ℃,保温时间为90 min时,接头室温抗剪强度达到最大值51 MPa,明显高于未毛化接头的抗剪强度.     

Al2O3/Ti生物相容连接接头微观组织及力学性能

文中对Al₂O₃陶瓷和金属Ti表面磁控溅射Mo和Ti金属层,以纯Au箔钎料,研究连接工艺及Ti金属化层厚度对连接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,焊缝主要由Au钎料和（Au,Mo） ss构成,（Au,Mo） ss中含有少量（Ti,Mo） ss和TixAuy金属间化合物.另外,在Al₂O₃/钎料界面处及焊缝中存在少量呈条状分布的TiO₂和Ti_xAl_y金属间化合物.连接工艺及Ti金属化层厚度主要影响各物相的数量及分布状态,通过影响焊缝中固溶体的分布均匀性及金属间化合物的数量而影响接头抗剪强度.当连接温度为1 080℃、保温时间为5 min、Ti金属化层厚度为0.2 μm时,接头的抗剪强度达到最大值138 MPa.     

Al2O3/TiB2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能

以细雾化铝粉和TiB₂颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB₂和纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB₂和Al₂O₃的综合强化作用,Al₂O₃/TiB₂/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB₂颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al₂O₃颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al₂O₃对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

SiC-Al2O3-Y2O3中间层放电等离子扩散连接SiC陶瓷的接头组织与强度

采用无压烧结SiC作为母材,SiC基SiC-Al₂O₃-Y₂O₃粉末作为中间层,使用放电等离子扩散连接SiC陶瓷。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、电子背散射衍射分析、剪切试验等手段对SiC接头的微观组织和力学性能进行了表征评价。微观组织表征结果表明,SiC接头界面结合质量较高,各个位置中间层厚度均匀。接头的主要相组成为β-SiC和Y-Al-Si-O-C,中间层SiC为细小的β-SiC晶粒,母材与中间层处晶粒没有表现出明显的择优取向。由于放电等离子扩散连接的快速连接过程,接头处未发生明显的β→α相变。同时,由于接头为近同质SiC接头,界面处未出现明显应力集中。通过剪切试验,对比不同温度热处理前后的接头剪切强度。SiC接头的初始室温剪切强度为219.9 MPa,在经过800℃/2 h的空气中热处理后接头强度升至320.8 MPa,进一步提高热处理温度至1 300℃,接头强度升至389.1 MPa,接头断裂主要发生在母材,断口呈现河流状花样,为脆性断裂。接头强度的上升归因于热处理过程中产生的SiO...     

连接温度对TiAl/Ti3AlC2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti₃AlC₂陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti₃AlC₂接头典型界面结构为TiAl/Ti₃Al+Al₃NiTi₂/Ti₃Al/α-Ti+Ti₂Ni/Ti₂Ni/TiNi/Ni₃Ti/Ni/Ni₃(Ti,Al)/Ni₃Al+TiC_x+Ti₃AlC₂/Ti₃AlC₂.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Ti_ss层逐渐减小,Ti₃Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti₂Ni和Ni₃Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti₃AlC₂界面及Ti₃AlC₂基体处发生断裂.     

Ag-Cu-Sn-Ti活性钎焊Gr/2024Al复合材料与TC4钛合金

采用自制的AgCuSnTi钎料对发汗材料Gr/2024Al复合材料和TC4钛合金进行钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,接头典型界面组织为Gr/2024Al/Ti₃AlC₂/Ag₂Al+Ag₃Sn+Al₂Cu+Al₅CuTi₂/Al₅CuTi₂+Ag₃Sn/TC4.钎焊时,活性元素Ti与Gr/2024Al复合材料的石墨基体发生活性反应,实现了TC4与Gr/2024Al复合材料的低温连接,保证了复合材料的力学性能及发汗功能.随钎焊温度升高及保温时间延长,钎缝组织中弥散分布的Al₅CuTi₂化合物聚集长大成块状,使接头性能下降.当钎焊温度为680℃,保温时间为10min时接头抗剪强度达到最大值17MPa,其为Gr/2024Al复合材料母材强度的70%.     

大型精轧支撑辊疲劳断裂失效分析

某单位1580生产线精轧支撑辊在轧制过程中突然发生断裂,为查明失效原因,利用光学显微镜、拉伸、冲击试验机以及扫描电镜对轧辊材料显微组织、力学性能、断口形貌、起裂源位置进行了综合分析。结果表明,精轧支撑辊芯部材料为球墨铸铁,其组织主要由珠光体、棒状渗碳体、球状石墨及聚集在石墨周围的牛眼状铁素体构成。组织洁净度较差,夹杂物主要为球状Al₂O₃-MgO-SiO₂、Al₂O₃-MgO、Al₂O₃氧化物,尺寸集中在10～15 μm。支撑辊断口呈现典型旋转弯曲疲劳断口特征,裂纹源区位于轧辊内部且为多源起裂,断口内部呈现典型“鱼眼”特征,“鱼眼”区中最大夹杂物直径3 mm,为球状Al₂O₃-MgO-SiO₂。裂纹源最大拉应力30 MPa。裂纹在夹杂物周围萌生时其裂纹尖端最大应力强度因子为1.385 MPa·m^1/2,大于内部起裂裂纹扩展门槛值,因此裂纹在夹杂物与基体界面处形核。裂纹扩展至“鱼眼”区之外时,裂纹在应力作用下快速扩展并汇聚形成一条长裂纹,最终导致轧辊发生瞬断。     

激光悬浮区熔Al2O3基共晶自生复合材料微观组织与力学性能

采用激光悬浮区熔定向凝固方法制备了高致密度Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶自生复合陶瓷材料,研究多元复相陶瓷在高温度梯度、不同生长条件下的凝固组织形态演化规律,定量表征凝固速率与氧化物陶瓷共晶间距的关系,在此基础上,考察其力学性能并分析凝固组织与断裂韧性的关系.研究结果表明:激光悬浮区熔Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元自生复合材料呈现与热流方向平行、定向性良好的非规则层片共晶形貌,共晶组织随凝固速率的增大而快速细化,凝固速率为200μm/s时,最小层片间距达到0.46μm.平均层片间距λav与凝固速率V之间符合关系:λ_avV^0.5=12.4μm^1.5·s^-0.5,且明显小于同等凝固速率条件下Al₂O₃/YAG二元共晶的平均层片间距.Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元共晶平均硬度为（19.0±1.0）GPa,室温断裂韧性为（3.31±0.2）MPa·m^1/2.与二元共晶相比,裂纹捕获、偏转以及共晶相热胀系数失配是三元共晶室温断裂韧性提高的主要原因.