TiZrNiCu钎料真空钎焊TZM合金接头界面组织及力学性能

采用Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料箔实现了TZM合金的真空钎焊连接,研究了钎焊温度和保温时间对接头界面微观组织结构及力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了接头界面组织及物相成分、确定接头的断裂位置和断裂方式,通过X射线衍射仪(XRD)分析确定接头中存在的物相。研究结果表明:接头典型界面组织为TZM/Ti-Mo固溶体+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/TZM,随着钎焊温度或保温时间的增加,钎缝中Ti-Mo固溶体的含量增加,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少,且Ti-Mo固溶体中Mo元素的原子比例增加,钎缝与母材连接界面处、母材中的裂纹状结构含量增加。随钎焊温度或保温时间的增加,接头剪切强度先增大后减小,当钎焊温度1020℃,保温时间20 min时,接头具有最大剪切强度105 MPa。断口分析表明,断裂位置为钎缝与母材连接界面,断裂方式为解理断裂兼部分沿晶断裂。     

钛基钎料钎焊石墨与TZM合金接头组织和性能研究

研究了钛基钎料钎焊石墨与TZM合金的钎焊组织。结果表明，使用钛合金箔为钎料能很好润湿石墨和TZM母材，通过界面反应和TLP扩散连接获得良好的钎焊组织。接头组织主要分为两层：Ti-TiC和Ti-Mo固溶体。热震循环试验证明接头再熔化温度高于1400℃，承受热应力而不失效。接头剪切强度为14．1MPa。     

钨镍共晶钎料连接钼钨的界面显微组织及结合性能研究

为了取代贵金属钌基钎料(4Ru-Mo-62Ni),开发出了钨镍共晶钎料(21W-79Ni),对比研究两者连接钼和钨的高温钎焊性能，并采用SEM、EDS和XRD等方法分析焊缝和断口的界面显微组织与成分。结果表明：4Ru-Mo-62Ni钎料和21W-79Ni共晶钎料焊接所得界面处的剪切强度分别为20.1和42.6 MPa,且后者的断裂处在母材附近，而前者则位于焊缝中。究其原因，4Ru-Mo-62Ni钎料中的Ru会固溶于Mo和Ni,作为固溶相分散在接头中，但在渗入母材Mo之前，Ni会和钎料中的Mo形成共晶相，使接头结合强度并不高；而21W-79Ni钎料中的W与母材Mo形成固溶相，Ni和Mo一起渗入W中，形成牢固的结合接头。     

钎焊温度和热处理对钨铜连接性能的影响

采用厚20 μm的非晶态Ti-Zr-Ni-Cu钎料,真空钎焊连接用于聚变堆面向等离子体部件的钨和铜铬锆合金,钎焊温度分别为860、880和900℃,对880℃下的钎焊样品进行热等静压(HIP)处理.采用SEM和EDS分析连接接头的形貌和成分,用静载剪切法测量焊接接头强度.测试结果表明在860～880℃下钎焊10 min能够获得较好的连接界面,经880℃钎焊后焊接接头的剪切强度为16.57 MPa,880℃钎焊后HIP处理的试样界面结合强度提高至142.73 MPa,说明真空钎焊后HIP处理可以显著改善接头的结合强度.     

CoFeCrNiCu高熵钎料钎焊ZrB2-SiC/Nb接头组织及性能研究

采用CoFeCrNiCu高熵合金钎料实现了ZrB₂-SiC陶瓷与Nb合金的有效连接。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法分析了接头界面的微观组织结构、生成产物及保温时间对界面组织及接头性能的影响,确定了接头的断裂位置和断裂方式。研究结果表明：钎焊接头的典型界面结构为ZrB₂-SiC/Cr₂B/(Cr,Fe)₂B+fcc+Cr₂B+Laves+Cu₍(s,s))/Nb。钎焊过程中,Nb合金向液态钎料中的溶解量以及液态钎料中Cr向ZrB₂-SiC陶瓷富集的数量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着保温时间的延长,ZrB₂-SiC陶瓷侧的Cr₂B反应层增厚,钎缝中Laves相随着Nb合金向液态钎料中的溶解量增加而增加。陶瓷侧界面反应层的厚度及形态和钎缝中Laves相的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为1160℃,保温60 min时,接头的抗剪强度最...     

SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料与40Cr钢的连接

采用Ag-Cu-Ti钎料对化学气相渗积方法制造的SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料与40Cr钢进行了真空钎焊。对接头的微观组织进行了观察，研究了不同钎料厚度及中间层对接头的影响。结果表明，利用Ag-Cu-Ti钎料可以实现二者的连接；中间层Cu以及钎料中的Ti、Ag、Cu有利于提高连接强度；不同钎料厚度影响连接强度，加两层钎料时，接头具有最高室温强度。     

石墨-铜扩散连接的界面行为

以Ag Cu Ti合金粉末为过渡层,采用扩散连接法对石墨与铜进行扩散连接实验。利用X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜及万能材料实验机对连接界面的性能及微观形貌进行研究。研究结果表明:在工艺参数为870℃/200 k Pa/10 min的条件下可实现石墨-Cu连接,其接头界面组织结构为石墨/Ti C/铜基固溶体+富银区/铜;接头剪切强度为17 MPa,断裂在石墨母材;并分析了石墨/Ag-Cu-Ti/铜真空加压烧结接头的形成机理。     

Ti-Ni-Nb钎料钎焊βNb-Ti合金接头的微观组织及力学性能

采用65Ti-25Ni-10Nb (%,质量分数)钎料对体心立方结构的βNb-Ti固溶体合金进行钎焊,研究了钎焊条件对接头微观组织和力学性能的影响规律。研究发现,接头焊缝组织主要由{(Nb,Ti)+TiNi}共晶组织、(Nb,Ti)固溶体相、 TiNi相、 Ti_2Ni相和富Ti相组成。随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长,钎焊过程中钎料和基体中的合金元素发生互扩散,焊缝组织中的{(Nb, Ti)+TiNi}共晶组织和TiNi相逐向Ti_2Ni相转变,并在Ti_2Ni相内部逐渐析出富Ti相。同时,基体中的其他合金元素如Al, V和Cr元素向钎料中扩散。随钎焊温度的升高或保温时间的延长,钎焊接头的剪切强度呈先增加后降低的趋势。这主要是由于Ti_2Ni相具有较高的剪切模量,其含量的增加使钎焊接头的剪切强度增加,但随后Ti_2Ni相内部析出富Ti相使焊缝内应力增加,导致钎焊接头的剪切强度迅速降低。在1150℃钎焊15 min时, 65Ti-25Ni-10Nb/Nb-Ti钎焊接头的室温剪切强度可达到617.7 MPa。     

TiZrNiCu钎料钎焊TZM合金与ZrC_p-W复合材料界面组织与性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TZM合金与ZrC_p-W复合材料的真空钎焊连接,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法分析了接头界面的微观组织结构、生成产物及钎焊温度对界面组织及接头性能的影响,确定了接头的断裂位置和断裂方式。研究结果表明:钎焊接头的典型界面结构为TZM/Mo(s,s)+Ti(s,s)+(Ti,Zr)_2(Ni,Cu)/Ti(s,s)+(Ti,Zr)_2(Ni,Cu)/(Ti,Zr)_2(Ni,Cu)/ZrC_pW。随钎焊温度升高,TZM一侧扩散层逐渐变宽,其内部的线状条纹变多、增宽,而钎缝逐渐变窄,靠近ZrC_p-W一侧反应层宽度变化不大,钎料向TZM一侧扩散增快、Mo及W颗粒向钎料中的溶解加快。接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1020℃、保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为121 MPa。断口分析表明,断裂位置位于TZM母材与钎缝之间的反应层,断裂方式为脆性断裂。     

铝基复合金属粉末钎焊石墨的界面结构及性能

以Al、Ti复合金属粉末为活性钎料对高纯石墨进行连接,研究加热温度和保温时间对接头组织和性能的影响。采用SEM、EDS、XRD研究接头界面结构及相的组成,并对钎焊机理进行分析。结果表明:1 100℃钎焊10 min时接头与石墨结合紧密,强度达到12.96 MPa。微观结构研究和XRD相分析表明界面区域发生了化学反应,反应产物主要为TiC;焊接接头的界面结构为石墨/TiC+TiAl3+Ti-Al固溶体/石墨。     

SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu钎焊接头的界面组织与力学性能研究

通过金相显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和拉力试验机,研究了不同钎焊工艺参数对SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu无铅微焊点界面组织、金属间化合物层厚和力学性能的影响。结果表明,添加0.1%Ni能显著细化SnAg0.5CuZn钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;当钎焊温度为270℃、钎焊时间为240s时,钎焊接头的剪切强度达到最大,为45.6 MPa;钎焊接头界面区粗糙度、金属间化合物层厚度和钎焊接头的剪切强度均随着钎焊工艺参数的变化而变化。     

AgCuTi钎焊炭/炭复合材料的组织结构

采用Ag-Cu-Ti钎料连接C/C复合材料,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析连接层的微观结构与相组成,并测试连接层的剪切强度。结果表明:C/C复合材料连接层的剪切强度跟连接温度与保温时间有关;在850℃、保温30 min条件下获得的连接层剪切强度最高,达到26.7 MPa;同时连接层与基体材料形成机械嵌合,界面发生元素扩散和冶金反应。钎焊连接层形成固溶体和化合物,包括Ag(s.s)、Cu(s.s)、Cu4Ti3和TiC。剪切断口形貌表明钎焊层与C/C坯体之间结合较好,具有一定的连接强度。     

铪与铜钎焊接头的组织与强度

采用72Ag-28Cu钎料对铪与铜进行了真空钎焊试验,钎焊温度为820~920℃,保温时间为1~45 min。研究了钎焊温度与保温时间对Hf/72Ag-28Cu/Cu钎焊接头组织和强度的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)观察钎焊接头组织形貌,用能谱仪(EDS)进行化学成分分析,用X射线衍射(XRD)进行物相分析。结果表明:随着钎焊温度的升高与保温时间的延长,接头剪切强度先升高后降低;在钎焊温度为840℃、保温时间为15 min的真空钎焊条件下,钎缝中的各相分布均匀,且尚未粗化,相比温度升高和保温时间延长获得的大块连续状相而言更有分布优势,起到了弥散强化的作用,并有利于应力的缓解释放,此时剪切强度最高,达到了最大的201 MPa,钎缝内形成了良好的结合界面;钎焊接头界面生成了Cu51Hf14,Cu8Hf3金属间化合物,但Cu-Hf化合物过多会对缺陷比较敏感,易产生裂纹,降低接头强度;Cu-Hf化合物过少导致没有形成良好冶金结合;因此,钎焊温度过高或过低,保温时间过长或过短对接头强度都不利。接头的界面结构为Hf/Cu-Hf化合物+Hf基固溶体/Hf基固溶体+Ag-Cu共晶组织+Cu-Hf化合物+Cu基固溶体/Cu。     

ZnO陶瓷/金属Cu钎焊接头残余应力计算

采用热弹塑性有限元分析方法,计算了方形ZnO陶瓷与金属Cu钎焊接头中残余应力的大小和分布。发现结果如下:ZnO陶瓷与金属Cu钎焊后会在接头中产生残余应力,其中ZnO陶瓷侧垂直于钎焊界面方向的轴向拉应力是影响ZnO/Cu接头性能的主要因素,轴向拉应力的最大值出现在ZnO陶瓷表面边缘靠近钎焊界面处,当钎料层厚度为0.3 mm时,拉应力在ZnO陶瓷表面边缘距ZnO/钎料层界面0.6 mm处有最大值69.75 MPa。通过钎料层不同厚度的比较计算得出,合适的钎料层厚度能降低ZnO/Cu接头的残余应力,钎料层厚度为0.1 mm时,ZnO陶瓷侧拉应力峰值最小,为30.82 MPa。此外,采用单一缺陷模型计算了钎料层中气孔缺陷的存在对ZnO陶瓷与金属Cu钎焊接头残余应力的影响。计算结果显示,气孔缺陷位于ZnO/钎料层界面时残余拉应力峰值为95.5 MPa,气孔缺陷位于Cu/钎料层界面时残余拉应力峰值为107.2 MPa,拉应力峰值相对无缺陷模型均有大幅升高。     

钒作中间层的TC4钛合金与316L不锈钢双道激光焊接

采用TC4钛合金和316L不锈钢作为母材，纯钒作为中间层材料，进行了双道激光焊接试验。研究了焊接速度、光束偏移量对焊缝成形、显微组织、力学性能的影响，并进行了分析测试。结果表明：在钛合金一侧的钒中间层可发生一定程度的熔化，但界面近域均为固溶体，对接头的力学性能影响较小。在钒与不锈钢一侧，钒中间层与不锈钢呈钎焊界面，钒发生一定程度的溶解与扩散，形成扩散层。随着钢侧光束偏移量的增加，V/Fe界面扩散层的厚度减小，偏移量为0.3 mm时，界面扩散层厚度达到35.8μm，此时抗拉强度最高达到406.9 MPa，断裂位置为钒/不锈钢界面处，断口呈韧性断裂特征。     

钼与石墨扩散焊接的界面反应分析

以厚度≤1 mm的Cr,Ni混合粉做中间层,在焊接温度为1650℃,真空度(3.0～4.0)×10-2 Pa,保温时间1～2 h,加压0.1 MPa条件下对钼和石墨进行扩散焊接。通过扫描电子显微镜观察焊接试样接口组织形貌,用其附带的能谱仪进行化学成分分析,用X射线衍射仪进行物相分析。并分析焊接过程中的界面反应,认为实验条件下的焊接过程与瞬间液相扩散焊(TLP)焊接机制相一致,包括中间层的熔化(或溶解)、母材溶解和迁移、等温凝固、固相成分均匀化4种相变过程,靠近母材部分界面反应遵循快速通道扩散机制,整个焊接层组元浓度梯度与薄膜源扩散模型相一致。中间层与母材元素反应形成的最终产物包括Cr3C2,Cr7C3及Mo2C等Ni以单质形式弥散其中,最终形成不同成分粒状组织,一定程度上阻止了脆性相中的裂纹扩展。石墨基体中也明显有含合金元素的新相生成,有利于实现基体与中间层的连接。     

(Cu-50TiH_2)+SiC_p复合粉体焊料连接石墨/铜接头的微观结构

碳材料与铜的连接在汽车及能源等领域具有潜在的应用。采用Cu、TiH2和SiC粉末组成的复合粉体焊料在950℃/10min工艺条件下真空钎焊石墨与铜,并研究复合粉体焊料中SiC含量对石墨/铜接头剪切强度的影响。结果表明,复合焊料中添加SiC有利于接头室温剪切强度的提高。当SiC体积分数为10%时,接头室温剪切强度最高,为19.2MPa。微观分析表明,连接过程中,复合粉体焊料中TiH2分解产生的Ti与SiC发生原位反应,生成TiC、Ti5Si3及Ti3SiC2等反应产物;另外,Ti与石墨母材发生界面反应形成厚度为2~3μm的TiC反应层,Ti和Cu则形成Ti3Cu4等金属间化合物。由于Ti3SiC2在高温下具有塑性,可在一定程度上缓解石墨/铜接头的残余热应力。同时,晶须状和颗粒状的反应产物弥散分布在连接层中,对接头起强化作用,也有利于石墨/铜接头性能的提高。     

建筑用钎焊接头组织与力学性能的研究

采用OM、XRD、SEM和拉力试验机,研究了钎焊工艺参数对SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu无铅微焊点界面金属间化合物(IMC)和力学性能的影响。结果表明:添加0.1%Ni(质量分数)能显著细化SnAg0.5CuZn钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;钎焊温度为270℃、钎焊时间为240 s时,钎焊接头的剪切强度达到最大值47 MPa。     

镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的试验研究

采用Ni基合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究.采用扫描电镜和能谱仪及X射线衍射仪对钎焊金刚石试样进行理化分析,探讨了不同工艺参数对连接界面的影响.研究结果表明,线能量密度ρ在25～30J/mm3范围, 可以实现金刚石磨粒与45号钢基体的优良焊接,在金刚石表面附近形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物,在钢基体结合界面上Ni-Cr合金钎料和钢基体中的元素相互扩散形成化学冶金结合.     

温度对纯铁与低活性铁素体钢扩散连接界面行为的影响

以Fe-50Cu合金粉末为中间层,对纯铁与低活性铁素体钢进行真空压力烧结扩散连接,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对中间层的显微组织、连接界面的元素分布和拉伸断口形貌进行观察与分析,并对连接件进行抗拉强度测试,研究连接温度对纯铁与低活性铁素体钢烧结扩散连接界面行为的影响。结果表明:在700~800℃温度范围内,随连接温度升高,中间层的孔隙减少、致密度提高;且随连接温度升高,中间层与母材界面的元素互扩散加强,连接界面逐渐模糊,形成较强的冶金结合,从而使连接界面的抗拉强度提高。连接温度为800℃时,连接件的界面抗拉强度达到251.19 MPa,连接强度大于母材纯铁的强度,断裂发生于纯铁中。