金刚石与钛的原子热压扩散行为的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了金刚石与钛在热压扩散过程中的原子扩散行为,模拟了不同扩散温度下金刚石与钛界面的原子扩散过程,得到了界面的原子浓度分布、扩散速度以及模拟扩散系数值;采用热压扩散法在金刚石表面镀覆钛层并测量界面的扩散带宽度。研究结果表明：在热压扩散过程中C原子的扩散速度大于Ti原子;随着扩散温度的升高,原子存在低速和快速两个扩散阶段。通过热压扩散的分子动力学模拟对模拟的扩散系数进行数据拟合,能够确定C和Ti原子的扩散因子和扩散激活能,从而简单、有效地确定原子的扩散系数计算公式。金刚石与钛扩散带宽度的计算值与实测值相近,应用分子动力学方法获得的原子扩散系数公式是可行的。     

基于分子动力学的Cu3Sn/Cu界面元素扩散行为数值模拟

文中采用修正的嵌入原子势函数(modified embedded atomic method, MEAM)的分子动力学模拟,研究了无铅焊点中Cu3Sn/Cu界面元素的扩散过程,对界面元素的扩散行为进行了分析计算,获得了界面各元素的扩散激活能,根据元素扩散的经验公式得出界面过渡区的厚度表达式. 结果表明, 扩散过程中主要是铜晶格中Cu原子向Cu3Sn晶格中扩散. 其中,铜晶格内原子以较慢的速率扩散,但可以深入Cu3Sn晶格内部,Cu3Sn中原子以较快的速率扩散,但难以进入铜晶格内部. 结合阿伦尼乌斯关系和爱因斯坦扩散定律,计算得到界面处铜晶格原子的扩散激活能为172.76 kJ/mol,界面处Cu3Sn晶格中Cu原子扩散激活能为52.48 kJ/mol,Sn原子扩散激活能为77.86 kJ/mol.     

钛/铝爆炸焊界面形成机制数值模拟与试验验证

以爆炸焊制备钛/铝复合板为例,利用数值模拟再现爆炸焊瞬态成形过程,并通过试验分析爆炸焊界面特征。结果表明,由于射流的侵彻作用,沿爆轰波传播方向,钛/铝复合板结合界面由平直结合向波形结合转变。起爆点处压力较小,出现边界效应。爆炸焊撞击区极高的碰撞压力,是促使界面产生塑性变及晶粒细化的原因。高速冲击导致爆炸焊界面缺陷增多,这为原子的扩散提供了通道,从而使钛、铝在界面产生互扩散,实现冶金结合。数值模拟结果与试验结果相吻合,揭示了钛/铝爆炸焊界面的形成机制。     

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。     

铜/铝磁脉冲半固态辅助钎焊界面扩散过程

结合分子动力学模拟和试验研究,对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究.结果表明,在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散,且各元素的扩散行为不均匀,铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度;铜侧界面在模拟设置的冲击速度下,扩散层很薄且厚度变化并不明显.测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现,随着冲击速度增加,模拟的扩散层厚度呈线性增加,与试验结果相符.根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下,模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系,模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度,最大误差为2.8%.     

铜/铝热轧扩散复合界面扩散的分子动力学模拟

本文用基于嵌入原子势函数的经典分子动力学模拟了温度和压力对热轧扩散复合过程中界面原子扩散的影响,从原子尺度对界面原子的扩散行为进行了分析计算,分别用Arrhenius关系和爱因斯坦扩散定律计算得到温度在800 K时铜原子和铝原子的计算值分别是1.85×10-11m2/s、4.83×10-9m2/s,扩散激活能分别为QA...     

基于试验和数值模拟的TC1/1060/6061爆炸焊接复合板界面分析

将薄层钛合金板与铝合金板结合可以得到具有优异性能的钛/铝复合板,具有广阔的应用前景.采用爆炸焊接技术成功制备了TC1/1060/6061复合板,对2个界面的界面形貌和元素进行测试,分析夹层存在的优势;同时建立与试验条件一致的有限元模型,对界面状态和焊接过程进行分析,最后对复合板进行拉伸试验和剪切试验,验证界面结合质量.结果表明,TC1/1060界面为直线型形貌,1060/6061界面为波状形貌,且每个波形都伴随着涡流区,TC1/1060界面处的元素扩散范围为4.38μm,且没有检测到钛/铝金属间化合物的产生.数值模拟再现爆炸焊接过程中射流的形成,界面温度沿着界面形貌分布,界面压力在碰撞点处达到最大,且呈现出椭圆形分布,复合板具有较高的抗拉强度和剪切强度,满足结构使用需求.     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸试验和弯曲变形试验。结果表明:复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合制备及界面结合性能评价

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸实验和弯曲变形实验。研究结果表明：复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

金刚石/Ti热压扩散过程的分子动力学模拟

目的 应用分子动力学模拟金刚石与Ti在热压扩散过程中的界面原子扩散和TiC生成过程。方法 采用改进型嵌入原子势函数(MEAM)描述Ti、C和Ti—C之间的相互作用,将模拟过程分为弛豫、热压和保温3个阶段,模拟出金刚石与Ti界面间的原子扩散带厚度、原子扩散速度和TiC的成键过程。为了验证分子动力学模拟结果,进行了聚晶金刚石与钛箔的热压扩散试验,在聚晶金刚石表面制备了Ti涂层。利用扫描电子显微镜观察聚晶金刚石与Ti涂层之间的界面,并进行EDS分析。利用X射线衍射仪分析聚晶金刚石与Ti界面的物相组成。结果 模拟结果显示,在弛豫、热压和保温3个阶段,金刚石与Ti之间的扩散带厚度分别为0.870 9、0.888 9、2.056 5 nm,从弛豫到热压阶段,扩散带厚度增加了2.07%,从热压到保温阶段,扩散带厚度增加了131.35%;C原子均方位移曲线斜率为1.877 4×10^?5,Ti原子的均方位移曲线斜率为1.016 7×10^?5,C原子的均方位移的斜率比Ti原子的均方位移的斜率快84.66%;在弛豫20 ps后,C原子的游离键靠近Ti原子,在100 ps的热压过程中,C原子和Ti原子之间形成少量的Ti—C键,在500 ps的保温过程中,在界面间生成大量的Ti—C键。聚晶金刚石与Ti结合紧密、平整,用EDS测试出聚晶金刚石与Ti界面间的扩散带厚度为5.7 μm,在聚晶金刚石与Ti界面的XRD图谱测到了TiC衍射峰。结论 在金刚石与Ti的热压扩散过程中,C和Ti原子之间存在明显的原子扩散现象,形成了具有一定厚度的扩散带。在金刚石与Ti的界面区域的原子扩散中,C原子的扩散能力和扩散速度大于Ti原子,并在扩散界面内生成了Ti—C键,金刚石与Ti之间形成了化学结合,有助于提高金刚石表面与Ti涂层的结合强度。     

爆炸焊接记忆合金Ni50Ti50与Cu界面扩散机理的研究

为了揭示焊接界面细观尺度扩散特征,采用内嵌入势函数（EAM势）通过对形状记忆合金Ni50Ti50和Cu进行爆炸焊接界面分子动力学数值模拟,同时结合SEM、EDX测试方法对爆炸焊接界面微细观形貌及物理特征实验分析,研究结果表明以记忆合金Ni50Ti50与Cu在采用uz= -1500 m/s, ux= 700 m/s冲击碰撞工况下,体系的压强震荡逐渐变小,120ps以后已经趋于平衡,体系的温度稳定在1350K左右,而压强稳定在28GPa左右; 在扩散层两侧Cu的原子浓度一直维持在5%左右,Ni和Ti的原子浓度在47%上下波动,界面扩散层厚度在1.03μm~1.45μm的范围内;实验结果采用SEM、EDS微观分析验证了获得焊接界面扩散层厚度约为1.56μm,基本与计算结果相一致。     

NEW ACHIEVEMENTS ON THE THEORY AND TECHNOLOGY OF EXPLOSIVE WELDING

There are four new achievements of this work on the theory and technology of explosive welding.(1) It has been found and defined three kinds of bonding interfaces: big wavy, small wavy and micro wavy, and the micro wavy interface is the best. In a cladding plate, it is for the first time to find that the form of interface presents regular distribution.(2) Although the interface has the features of melt, diffusion and pressure welding in the mean time, the seam and "hole" brought by the melt weaken the bonding strength of interface greatly, and the effect of melt on interface must be eliminated in explosive welding, so explosive welding is not a melt weld. The diffusion welding is a kind of form of pressure welding, and the diffusion is not the reason of the bonding of interface but the result of interface high pressure. So the diffusion welding cannot also explain the bonding mechanism of it. The experiment and theory make clear that explosive welding is a special pressure one.(3) To get good interface     

线状爆炸焊焊接结合界面的显微分析

采用线爆法将铝板焊接到带有沟槽的基板上,通过金相显微镜和扫描电镜对焊接界面进行了微观分析,发现沟槽及其周围区域结合情况良好,在沟槽的结合区域内有明显的过渡层和熔化块出现,过渡层中存在金属原子的扩散现象。结合区中的熔化块是由爆炸焊接时塑性变形热形成的,过渡层实际上就是两金属间的塑性变形层,而塑性变形、高温熔化和扩散现象是实现爆炸焊接的基础和必要条件。结果表明,线爆法结合沟槽工艺可作为爆炸焊接维修方法中的重要补充,具有一定的应用前景。     

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料. 对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究. OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160 μm,h=26 μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740 μm,h=406 μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.     

爆炸焊接界面的结合机理

爆炸焊接界面虽然同时具有熔化、扩散和压力焊的特征 ,但熔化所产生的缝隙和”空洞物”大大削弱了界面的结合强度 ,在爆炸焊接过程中 ,要尽量消除熔化的影响 ,因此本文否定了爆炸焊接传统的熔焊机理 ;而扩散焊是压力焊的一种形式 ,同时扩散也只是界面由于高压产生结合的结果 ,而不是界面结合的原因 ,所以也不宜用扩散焊接解释爆炸焊接界面的成因。试验和理论研究表明 ,爆炸焊接是一种特殊的压力焊。为了获得没有熔化的微小波状的良好界面 ,爆炸焊接装药参数应取焊接窗口的下限。     

Interface microstructure and formation mechanism of diffusion-bonded joints of TiAl to steel 40Cr

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｉｎｔｅｒｅｓｔｈａｓｂｅｅｎｇｉｖ ｅｎｔｏＴｉＡｌｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｕｎｉｑｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｇｏｏ