TiAl/Ni基合金反应钎焊接头的微观组织及剪切强度(英文)

以Ti为中间层,对TiAl基金属间化合物与Ni基高温合金进行反应钎焊连接,研究反应钎焊接头的界面微观结构及剪切强度。通过实验发现,熔融中间层与两侧母材反应剧烈,生成连续的界面反应层。典型的界面微观结构为GH99/(Ni,Cr)ss(γ)/TiNi(β2)+TiNi2Al(τ4)+Ti2Ni(δ)/δ+Ti3Al(α2)+Al3NiTi2(τ3)/α2+τ3/TiAl。当钎焊温度为1000°C,保温时间10min时,所得接头的剪切强度最高为258MPa。进一步升高钎焊温度或延长保温时间,会引起钎缝组织中组成相粗化和脆性金属间化合物层的生成,从而导致接头剪切强度的降低。     

TiAl基合金与Ni基合金钎焊连接接头界面组织及性能

采用BNi2钎料实现了TiAl基合金与Ni基高温合金的钎焊。采用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等手段对钎焊接头的界面组织结构及生成相进行分析,并对接头的抗剪强度进行测试。结果表明,钎焊接头的典型界面结构为：GH99/(Ni)ss (γ)+Ni3B+CrB+富Ti-硼化物/TiNi2Al/TiNiAl+Ti3Al/TiAl;随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,较多的B和Si元素扩散进入两侧母材,导致钎缝中硼化物数量减少,而TiAl/钎缝界面的TiNi2Al和TiNiAl+Ti3Al金属间化合物层厚度增加;当钎焊温度为1050 ℃,保温时间为5 min时,接头的抗剪强度达到最大为205 MPa,接头主要断裂于TiNiAl金属间化合物层。当钎焊温度升高或保温时间继续延长时,TiNiAl厚度显著增加,导致接头强度下降     

不同钎料对TiAl基合金与40Cr钎焊接头强度的影响

TiAl基合金是一种具有广泛发展前途的结构材料,采用钛基钎料和银基钎料对TiAl基合金与40Cr钢进行了真空钎焊试验。接头的剪切强度分别为110MPa和105MPa。显微组织分析表明,采用Ti基钎料时焊接区域存在脆性金属间化合物Ti-Cu相和Ti-Ni相以及采用Ag基钎料时产生的层状组织可能与接头的低强度有关。     

不同钎料对Ti3Al基合金钎焊接头强度及界面微观组织的影响

研究了Ti3Al基合金真空钎焊及接头组织性能;分析了不同钎料对接头界面组织和剪切强度的影响,初步优选了钎料,优化了钎焊连接规范参数;利用电子探针、扫描电镜和X射线衍射等方法对接头进行了定性和定量分析.结果表明:采用NiCrSiB钎料连接时,在界面处有金属间化合物TiAl3、AlNi2Ti和Ni基固溶体生成,TiAl3和AlNi2Ti的生成降低了接头的剪切强度;采用TiZrNiCu钎料连接时,在界面处有金属间化合物Ti2Ni、Ti(Cu,Al)2和Ti基固溶体生成,Ti2Ni和Ti(Cu,Al)2的形成降低了接头的剪切强度;采用AgCuZn钎料连接时,在界面处生成TiCu、Ti(Cu,Al)2和Ag基固溶体,TiCu和Ti(Cu,Al)2的生成是降低接头剪切强度的主要原因;采用CuP钎料连接时,在界面处生成了Cu3P、TiCu和Cu基固溶体,CuaP和TiCu使接头的剪切强度降低;对于NiCrSiB钎料,当连接温度为1 373 K,连接时间为5 min时,接头的剪切强度最高为219.6 MPa对于TiZr-NiCu钎料,当连接温度为1 323 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为259.6 MPa;对于AgCuZn钎料,当连接温度为1 173 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为125.4 MPa;对于CuP钎料,当连接温度为1 223 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为98.6 MPa;采用TiZrNiCu钎料连接Ti3Al可获得最大接头强度.     

Al_2O_3陶瓷与TiAl合金真空钎焊接头界面组织及性能

采用AgCuTi活性钎料实现了Al_2O_3陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,研究了钎焊接头的界面结构及其形成机制,并且分析了不同钎焊参数对接头界面组织和接头力学性能的影响规律。结果表明:Al_2O_3陶瓷与TiAl合金钎焊接头的典型界面组织为:Al_2O_3/Ti_3(Cu,Al)_3O/Ag(s.s)+Cu(s.s)+AlCu_2Ti/AlCu_2Ti+AlCuTi/TiAl。钎焊过程中,TiAl基体向液态钎料中的溶解量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Al_2O_3陶瓷侧的Ti_3(Cu,Al)_3O反应层增厚,钎缝中弥散分布的团块状AlCu_2Ti化合物逐渐聚集长大。陶瓷侧界面反应层的厚度和钎缝中AlCu_2Ti化合物的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为880℃,保温10 min时,接头的抗剪强度最大,达到94 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Al_2O_3陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

高铌TiAl合金钎焊接头组织和性能研究

采用Ti-28Ni(wt.%)共晶钎料在1100℃实现了高铌TiAl合金(Ti-45Al-8.5Nb-(W, B, Y) (at.%), 简称TAN)的真空钎焊连接。钎焊接头的典型界面结构为TAN/τ3-Al3Ti2Ni + B2/α2-Ti3Al layer/α2-Ti3Al + δ-Ti2Ni/α2-Ti3Al layer/τ3-Al3Ti2Ni + B2/TAN。深入研究了保温时间对钎焊接头界面组织和连接性能的影响。结果表明：Ni元素从熔融钎料向TAN母材的扩散决定了界面组织的演化,随着保温时间的延长促进了扩散层的增厚,同时导致钎缝宽度逐渐减小。接头剪切强度测试结果显示当保温时间为15分钟时,获得的最大接头室温剪切强度和高温(600℃)剪切强度分别是248.6MPa和166.4MPa。接头断口分析表明在剪切实验中裂纹主要沿着连续的金属间化合物层产生和扩展。     

TiAl基合金真空钎焊接头组织性能分析

采用Ti37.5-Ni37.5-V25钎料作为中间层对TiAl基合金(Ti-42.5Al-9V-0.3Y)进-真空钎焊,研究在不同钎焊温度下接头组织性能的变化情况;结果表明,真空钎焊后接头的厚度由原来钎料的200μm增加到400 μm,说明接头发生强烈的化学反应,同时随着钎焊温度的增加,接头的界面形态和剪切强度有很大的变化,钎焊温度低于1 220℃时,界面反应不完全,焊缝中心残留未完全融化的钎料,温度高于1 220℃时,界面反应完全,焊接接头由钎缝中心区、致密网状区和不连续析出区三个区域组成;在1 220℃、10 min条件下得到良好的接头,剪切强度达到196 MPa.     

TiAl合金与C/SiC复合材料钎焊接头界面组织和性能

采用AgCu箔片对TiAl合金和C/SiC复合材料进行钎焊,研究了接头界面组织的形成及演化过程,分析了界面组织对接头性能的影响.结果表明,TiAl合金的溶解量对接头界面组织的影响较大,当钎焊温度为900℃,保温10 min时,TiAl侧观察到团块状AlCu2Ti相,并伴随少量的条状AlCuTi相和AlCu4相,靠近复合...     

TiAl基合金电子束焊接头组织及转变规律

采用OM,XRD,SEM,TEM及EDS等测试方法分析了Ti-43Al-9V-0.3Y合金电子束焊接头各区域组织特征、相组成及其转变规律.结果表明,接头组织主要由B2相组成,还含有部分α2 γ双相片层组织及粒状γm相,稀土元素Y是以YAl2相形式存在并起到细化晶粒的作用.合金在热处理和电子束焊接时,液态金属在冷却过程中由于冷却速度不同而发生不同的转变:较低冷却速度时形成片层状组织和魏氏组织;冷却速度较快时易形成粒状γm相;冷却速度极快时只发生有序化转变.最终得到性能上存在差异的不同铸造组织.     

SnCu钎料镀层与Cu/Ni镀层钎焊接头的界面反应

观察了不同焊接工艺条件下钎焊接头界面的微观结构，并对钎焊过程中的界面反应进行分析。探讨了钎缝界面处IMC的生长机制，通过对不同钎焊温度和保温时间下的IMC生长规律的分析建立铜锡化合物厚度与温度和时间的关系方程。结果表明：钎焊过程中SnCu钎料合金镀层与可焊性Cu层的界面处生成金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn；化合物的生长厚度与焊接时间之间满足抛物线关系，表明化合物的生长为扩散反应控制过程，并随焊接时间的延长化合物的生长速率逐渐下降。     

Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头界面结构及性能

采用AgCu非活性钎料实现了Si3N4陶瓷与TiAl基合金的钎焊,确定接头的典型界面组织结构为:TiAl/Ti3Al+Ti(s,s)/AlCuTi/Ag(s,s)+AlCu2Ti/Ti5Si3+TiN/Si3N4陶瓷。钎焊过程中,活性元素Ti从TiAl母材溶解到钎料中与Si3N4陶瓷发生反应润湿,实现了TiAl与Si3N4陶瓷的连接。随着钎焊温度的升高及保温时间的延长,靠近Si3N4陶瓷的TiN反应层厚度增加,Ag基固溶体中弥散分布的AlCu2Ti化合物聚集长大成块状,导致接头性能下降。当钎焊温度T=860℃,保温时间为5min时接头抗剪强度达到最大值124.6MPa。基于反应热力学及动力学计算TiN层反应激活能Q约为528.7kJ/mol,860℃时该层的成长系数KP=2.7×10-7m/s1/2。     

一种钛基钎料钎焊TiAl/GH536的接头界面组织及性能

采用Ti-Zr-Fe-Cu-Ni-Co-Mo钎料实现了TiAl合金与GH536合金的有效钎焊连接. 运用SEM,EDS,XRD等手段对钎焊接头的界面组织进行了分析,并检测了钎焊接头的抗剪强度. 结果表明,钎焊接头的典型界面组织由TiAl合金一侧到GH536合金一侧包括Ⅰ层(Ti₃Al + TiAl)、Ⅱ层(Al₃NiTi₂)、Ⅲ层(以AlNi₂Ti为主,并含有富铬(Cr,Ni,Fe)_SS、富镍(Cr,Ni,Fe)_SS和(Ni)_SS + TiNi₃)和Ⅳ层(以富铬(Cr,Ni,Fe)_SS为主,并含有富镍(Cr,Ni,Fe)_SS,AlNi₂Ti和(Ni)_SS + TiNi₃). 当钎焊时间为10 min时,在1 110 ~ 1 170 ℃的钎焊温度范围内,随着钎焊温度的升高,钎焊接头的抗剪强度先升高后降低. 钎焊温度对原子扩散和金属间化合物的形成有较大的影响,较低或较高的温度都会导致接头强度偏低. 1 150 ℃钎焊10 min获得的接头抗剪强度最高,为183 MPa,接头主要断裂在Ⅱ层.     

颗粒增强复合钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用纳米Si3N4颗粒增强的AgCuTi复合钎料(AgCuTiC)实现了TiAl合金的钎焊连接.利用SEM,EDS及XRD等分析方法确定了TiAl/AgCuTiC/TiAl接头的典型界面结构为TiAl/AlCu2Ti/Ag(s,s)+TiN+ Al4Cu9+Ti5Si3.结果表明,钎焊过程中从TiAl母材溶入液相钎料的活性钛与复合钎料中纳米Si3N4颗粒发生反应,在钎缝中形成了细小的颗粒状TiN,Ti5Si3及Al4Cu9化合物增强的银基复合材料组织.银基复合材料的形成不仅提高了钎缝自身的强度,而且通过降低钎缝的线膨胀系数缓解了接头残余应力,并最终改善了钎焊接头的性能.当采用增强相含量为3％的AgCuTiC钎料在880℃保温5min条件下钎焊时,接头室温平均抗剪强度最高为278 MPa,比采用AgCuTi钎料提高40％.     

Ni-34Ti钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用Ni-34Ti共晶钎料实现了TiAl合金的钎焊连接,分析了TiAl合金钎焊接头的界面结构,重点研究了钎焊温度对接头组织及性能的影响规律.结果表明,Ni-34Ti共晶钎料主要由TiNi相和TiNi3相组成,钎料熔点为1 120 ℃.不同钎焊温度下获得的接头界面组织均呈现对称特征,无气孔和裂纹等缺陷,接头中主要形成了TiNiAl2,B2,TiNiAl和TiNi2Al四种物相.Al元素在钎缝中的快速扩散,促进了钎缝中Ti-Ni-Al三元化合物的形成.钎焊温度为1 180 ℃保温10 min条件下,TiAl合金接头获得了最大的室温抗剪强度87 MPa.剪切过程中,裂纹容易在富含TiNi2Al相的区域产生和扩展,大量脆性TiNi2Al相的存在对接头的性能是有害的.     

TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料钎焊接头界面结构及性能研究

采用AgCuTi钎料实现了TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料的钎焊,确定了钎焊接头的典型界面组织结构为TiAl/AlCuTi/Ag(s,s)/TiN/Si3N4f/Si3N4。钎焊过程中,液相钎料在Si3N4f/Si3N4复合材料表面发生较好润湿,钎料中活性元素Ti与Si3N4基体及纤维发生反应形成连续的TiN化合物层。过高的钎焊温度或过长的保温时间导致钎缝中脆性的AlCuTi化合物增加,且由于接头应力的作用在钎缝中产生微裂纹甚至开裂,严重地降低了钎焊接头性能。当钎焊温度T=850℃,保温时间为10min时,接头抗剪强度达到最大,为9.4MPa,超过Si3N4f/Si3N4母材层间抗剪强度的60%。断口分析表明:压剪过程中,断裂发生在Si3N4f/Si3N4复合材料一侧。     

Invar合金与Si_3N_4陶瓷钎焊接头界面组织和性能研究

采用Ag Cu Ti活性钎料对Invar合金和Si3N4陶瓷进行钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了钎焊工艺参数对接头界面结构和性能的影响。结果表明,钎焊过程中液态钎料中的活性元素Ti与Si3N4陶瓷发生反应,在陶瓷界面形成致密的Ti N和Ti5Si3反应层;同时,Invar合金向液态钎料中溶解,与活性元素Ti反应生成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti化合物。钎焊温度和保温时间影响Si3N4陶瓷界面反应层的厚度以及接头中Fe2Ti和Ni3Ti脆性化合物的形成量和分布,这两方面共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为870℃,保温15 min时,接头的平均抗剪强度最大值达到92.8 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Si3N4陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

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.