中间层成分对TiAl/TiB2金属陶瓷SHS连接的影响

采用自蔓延高温合成(SHS)连接技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行连接试验,并研究工艺参数对SHS连接接头界面结构的影响.结果表明,不同成分的中间层发生SHS反应的放热量不同,从而会导致连接界面处的界面结构发生明显的变化.TiAl侧界面处出现的TiAl3反应层厚度与TiB2金属陶瓷侧出现的贫Cu层的厚度均随放热量的增加而明显增加,中间层环状结构的层数及尺寸也发生相应的变化.     

TiB2金属陶瓷/TiAl钎焊连接接头应力的数值模拟

利用有限元方法分析了采用Ag基钎料钎焊TiB2金属陶瓷与TiAl接头在冷却过程中的应力分布情况，并研究了连接温度对接头处应力的影响。结果表明，在钎料与TiB2金属陶瓷和TiAl的连接界面处均存在一定程度的应力集中，其中钎料与TiB2金属陶瓷的连接界面应力相对较大。连接温度变化时，应力的分布基本没有变化，只是随着连接温度的降低，应力的数值随之减小。     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

(TiC-TiB2)-Ni复合材料与Ti的同步扩散连接

为克服陶瓷材料脆性大的缺点,采用自蔓延高温合成法(SHS)实现(TiC-TiB2)-Ni复合陶瓷的制备及其与Ti板的同步扩散连接,中间采用TiAl过渡层.采用扫描电镜(SEM)对试样连接界面和剪切断口的形貌进行了观察,采用硬度和剪切强度对连接界面的力学性能进行表征.试验结果表明,以TiAl金属化合物作为过渡层,可以使(...     

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。     

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.     

TiAl/V/Cu/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响

扩散连接界面组织结构是影响连接性能的关键因素，不同的界面组织结构及生成相所决定的接合强度不同，研究了TiAl/V/Cu/40Cr钢的扩散连接，结果显示，在V/Cu及Cu/40Cr的连接界面处出现了对连接性能有利的无限固溶体层，而在TiAl/V界面处有金属间化合物层出现，接头全部断裂于TiAl/V界面处，TiAl/V界面生成的金属间化合物V5Al8脆性相严重弱化了接头性能，使接头强度仅为200MPa。     

TiAl／TiB2复合材料高温氧化膜的结构和形成机制

利用XRD，SEM，EDS及TEM对TiAl／TiB2复合材料在静止空气中高温氧化后的氧化膜结构及其形成机制进行了研究。结果表明：TiAl／TiB2复合材料的氧化膜主要由TiO2外层与由TiO2和Al2O3混合内层构成。TiO2和Al2O3混合内层为孔洞较多的疏松状结构。TiO2外层亦可分为内外两层，TiO2的内层部分存在一些与TiB2的轮廓相似的“孔洞”，TiO2的外层部分没有此类孔洞。由于TiAl／TiB2复合材料中的TiB2被氧化后生成的B2O3在高温下蒸发掉，使氧化膜中TiB2所处的位置留下了孔洞。因此，氧化膜中的部分孔洞是由于TiB2被氧化后产生的；氧化温度达到1000℃时，TiAl／TiB2复合材料中的TiB2使氧化膜中的孔洞数量增加，复合材料的抗氧化性能急剧下降。     

采用自蔓延高温合成技术连接TiAl合金

采用自蔓延高温合成技术实现了TiAl合金的连接。在连接过程中采用了具有很高放热量的Ti-Al-C中间层以及外加电磁场辅助连接。连接接头包括3个典型的反应区域,靠近TiAl母材界面处发现了深灰色的TiAl,反应层,在中间层内观察到了TiC颗粒以及Ti-Al系化合物。直接连接时由于产物和反应物之间的比热差,杂质的气化和孔隙中束缚气体的释放而导致孔隙无法避免。为了提高致密度,在粉末压坯和TiAl母材之间添加了Ag-Cu钎料箔。在SHS反应过程中熔化的钎料改善了中间层对TiAl母材的润湿同时填充到了中间层反应产物的孔隙中,采用这种方法能够提高反应产物的致密度和连接质量。     

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.     

Microstructure and strength of TiAl/40Cr joint diffusion bonded with vanadium-copper filler metal

1　INTRODUCTIONInrecentyears,considerableinteresthasfocusedonTiAlintermetallicsbecauseofuniquepropertiessuchaslowdensity,goodstiffness,highelevatedtemperaturestrength,andexcellentoxidationresistance[1～4].TiAlintermetallicshasbeenconsideredasidealnewhight…     

保温时间对TiAl合金与镍基合金扩散连接界面组织结构及连接强度的影响

采用纯钛箔做中间层扩散连接TiAl合金与镍基高温合金(GH99).利用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等手段对界面产物及接头的界面结构进行分析.结果表明,GH99/Ti界面主要由四个反应层组成,分别为(Ni,Cr)ss,富Ti-(Ni,Cr)ss,TiNi和Ti2Ni.当保温时间较短时,Ti/TiAl界面反应层主要为Ti(Al)ss.延长保温时间,此界面反应层转化为Ti3Al和Al3NiTi2.随着保温时间的延长,TiNi反应层厚度持续增加,而Ti2Ni反应层厚度先增加后减小.随保温时间的延长接头的抗剪强度先增加后减小,然后又增加.由接头断口形貌可以看出,接头主要断裂于Ti2Ni反应层.     

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl₂/Ti₂Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl₂金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.     

激光熔覆原位自生TiB_2/Ni金属陶瓷复合涂层的裂纹研究

用激光熔覆技术在45钢表面制备了不同成分配比的原位自生TiB_2/Ni金属陶瓷复合涂层,研究了涂层的残余应力分布和开裂行为.结果表明:裂纹源产生的部位主要是熔敷层中的硬质相央杂物、熔覆层中共晶团问显微孔和熔覆层与基材界面间的微孔洞.     

SYNTHESIS OF TiAl+TiB_2 COMPOSITE AND-ITS THERMAL STABILITY

Synthesis process of a TiAl+TiB_2 composite from the elemental powders was studiedby means of differential scanning calorimetry and X-ray diffractometry.TiB_2 particlesmay form in TiAl matrix at temperature even below 700℃ owing to the exothermicreactions between Ti and Al powders.TiB_2 particles are very thermally stable,and theyalmost did not change in their relative amount,morphology and size after the synthesizedcomposite was remelted.In addition,the existence of TiB_2 particles has obvious refiningeffect in the as-cast microstructure of TiAl-base alloys.     

TiB_2－xAl复合材料的结构形成分析

研究了Ｔｉ和Ｂ颗粒尺寸的变化对自蔓延高温合成（ＳＨＳ）ＴｉＢ_２—ｘＡｌ金属基复合材料的燃烧温度和燃烧波速度的影响。结果表明，Ａｌ颗粒不直接参与化学反应，其尺寸变化对ＳＨＳ过程的影响要小得多，但是反应过程中形成的熔融Ａｌ能阻止ＴｉＢ_２晶粒的长大，因而可以控制ＳＨＳ产物的结构。通过燃烧波峰淬熄（ＣＦＱ）法，对该复合材料的ＳＨＳ过程结构形成机理进行了分析。     

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.