V4Cr4Ti合金和RAFM钢的热等静压扩散连接及其界面特性

低活化铁素体/马氏体(reduced activation ferritic/martensitic,RAFM)钢及钒合金被认为是未来核聚变反应堆第一壁的候选结构材料,性能各有优劣,可满足近中期应用要求. 采用热等静压技术在温度800 ℃、等静压压强150 MPa和保温时间2 h下实现V4Cr4Ti合金和CLF-1钢的固态扩散连接,对其界面微观组织、元素扩散特征以及抗剪强度进行了分析. 结果表明,CLF-1钢在距离连接界面120 μm区域内出现脱碳层,而V4Cr4Ti合金侧存在宽度约1.5 μm的高硬脆碳化物层;V4Cr4Ti合金/CLF-1钢连接界面无缺陷,接头室温抗剪强度最高达238 MPa. 断口分析表明,断裂发生于靠近V4Cr4Ti合金侧的高硬脆碳化物层,断口表现出整体韧性,局部脆性断裂的特征.     

钨合金-HR2钢连接界面特性

采用镍作为中间过渡层,通过热等静压(HIP)方法实现了W-Fe-Ni合金与HR2钢的扩散连接.采用拉伸试验测试了连接件的力学性能,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析了连接试样界面的显微形貌及元素扩散行为.结果表明,在1200~1300℃,130 MPa,保温保压1 h的条件下,可以实现W-Fe-Ni合金与HR2钢的有效连接.拉伸试验中,当载荷达到650 MPa时,基体材料发生断裂,连接界面仍保持完好.结果表明,W-Fe-Ni合金与HR2钢结合紧密,连接界面无裂纹存在.母材与过渡层之间发生了充分的互扩散,W,Co,Cr,Mn等元素都扩散到对方母材基体中,镍表现出更易于向W-Fe-Ni合金一侧扩散的特性.连接界面实现了良好的冶金结合.     

电镀辅助热等静压扩散连接钨/钢接头的特征

采用电化学沉积技术在纯钨圆柱表面上电镀了厚度为10 μm的Ni镀层,再利用热等静压扩散连接方法制备可应用于核聚变堆部件的钨/钢圆柱体连接试样。热等静压扩散连接工艺参数设定为900 ℃/100 MPa/1 h。由组织和成分分析可知钨/钢扩散连接接头形成了良好的冶金结合,其接头抗拉伸强度约为236 MPa,但由于残余应力集中,钨/钢接头断裂失效发生在靠近连接界面的钨基体内。实验加入Cu作为软质中间层,通过蠕变或者屈服机制释放残余应力,使得钨/钢接头强度提高到312 MPa。同时分析了镀层的结合力和钨/钢连接接头界面的硬度分布。     

Al2O3/Kovar热等静压扩散层的组织与性能

采用Ti-Ni及Ag-Cu-Ti为过渡层材料实现了Al₂O₃陶瓷与Kovar合金的热等静压扩散连接。利用金相显微镜、SEM、EDS和万能试验机等测试分析了Al₂O₃/Kovar扩散接头的显微组织、界面反应及剪切强度。结果表明,Al₂O₃/Ti-Ni/Kovar接头连接界面处无孔洞等显微缺陷,但其强度及气密性较低,剪切强度及漏率分别为67 MPa及2×10^-10 Pa·m³/s;Al₂O₃/Ag-Cu-Ti/Kovar接头之间界面连接良好,无明显显微缺陷,接头强度及气密性较高,剪切强度及漏率分别为85 MPa及5×10^-11 Pa·m³/s。     

V/Nb复合中间层热等静压扩散连接钢/钨接头的组织与性能

采用V/Nb复合中间层成功实现了钢/钨热等静压扩散连接,并对高温低压(1 050 ℃, 20 MPa)和低温高压(950 ℃, 100 MPa)条件下形成的接头界面结构及连接强度进行了探究. 结果表明,高温低压组和低温高压组接头均呈W/Nb/V/钢四层结构,抗剪强度分别为96.9 MPa和104.2 MPa,断裂位置均为无明显化学反应发生在Nb/V界面. 与高温低压组相比,降低连接温度并提高连接压强在一定程度上有助于形成高致密度的连接接头,但不能促进薄弱界面(Nb/V)的元素扩散并显著提高接头的连接强度.     

TiAl合金与镍基高温合金的扩散连接

采用钛为中间层,对TiAl合金与镍基高温合金（GH99）进了扩散连接.研究了扩散连接接头的界面结构和连接温度对界面结构及连接性能的影响,并对连接界面反应层的形成机制进行探讨.结果表明,GH99/Ti/TiAl的界面结构为：GH99/（Ni,Cr）ss/富Ti-（Ni,Cr）ss/TiNi/Ti2Ni/α-Ti＋Ti2Ni/Ti（Al）ss/TiAl＋Ti3Al/TiAl;随着连接温度的升高,各反应层厚度增加,接头的抗剪强度先增加后减小;在连接温度1 173 K,连接时间30 min,连接压力20 MPa时,抗剪强度最高为260.7 MPa.     

热浸Al对Al-Si/38CrMo复合界面固−液成型组织与力学性能的影响EI北大核心CSCD

以38CrMo合金钢和Al-Si-Cu-Mg高强铸造铝合金为原料进行固−液复层铸造。在720℃下进行了5~20 min不同时间热浸镀纯Al、Al-Si合金实验,制备出界面冶金结合良好的钢/铝复层材料。研究热浸镀时间、热浸镀成分对钢/铝界面显微组织和力学性能的影响。结果表明:热浸镀纯Al时,界面金属间化合物为Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3);热浸镀Al-Si合金时,界面金属间化合物为Fe_(2)Al_(5)和Al_(8)Fe_(2)Si。热浸镀纯Al、Al-Si合金界面显微硬度最高分别为535.2 HV和580.6 HV,剪切强度最大分别为28.4 MPa和39.4 MPa。热浸镀时间相同时,热浸镀纯Al形成的金属间化合物层厚度大于热浸镀Al-Si合金形成的金属间化合物层厚度,主要原因是Si元素的存在降低了Fe、Al原子的扩散系数,阻碍了Fe、Al原子之间的扩散,使金属间化合物层的生长受到抑制。     

Al-Si合金瞬间液相扩散连接接头组织与力学性能

采用扫描电镜、X射线衍射、能谱仪及电子拉伸试验机等测试方法研究了Cu箔作中间层瞬间液相扩散连接(TLP)Al-Si合金接头的组织和力学性能.结果表明,Al-Si合金基体中的Al元素与中间层Cu元素发生共晶反应形成液相,而合金中的Si对Al与Cu的相互作用有一定的阻碍.接头组织主要由α-Al、单晶Si及金属间化合物(CuAl2和Al4Cu9)组成,而金属间化合物的数量随连接时间的增加而减少.剪切试样沿着界面/基体处断裂.当温度为560℃时,随着连接时间的增加,接头抗剪强度先增大后减小,在120 min时达到最大值70.2 MPa;接头塑性和韧性提高,断口表面形貌由脆性特征转变为脆性和韧性共存的混合型断裂特征.     

AlN/Mo-Ni-Cu的活性封接研究

采用Ag_(70)-Cu_(28)-Ti_2活性焊料在真空条件下对AlN陶瓷和Mo-Ni-Cu合金进行活性封焊.分析焊区的显微组织形态、相组成,测定焊区力学性能和气密性.结果表明:在焊料层与合金的界面处Cu的含量相对较高,而在AlN陶瓷与焊料层的界面处形成了厚度为1～2 μm的富Ti层;经XRD分析发现,AlN陶瓷与焊料层的界面上有TiN存在,表明在AlN陶瓷与焊料层的界面处形成了化学键合.焊接后试样的气密性达到1.0×10~(-11) Pa·m~3/s,抗弯强度σ_b=78.55 MPa,剪切强度σ_τ=189.58 MPa.     

X80钢瞬间液相扩散焊接接头的性能

采用瞬间液相扩散焊(transient liquid phase diffusion bonding,TLP)对X80钢进行焊接,研究了在不同压力和保温时间下焊接接头的显微组织形貌、元素扩散情况以及接头强度。结果表明:不同参数条件下连接界面的形貌差异大,当焊接参数为2 MPa、360 s、1050℃时,连接界面的连接情况较好,且焊缝内部无缺陷;Fe、Ni元素在连接界面存在浓度梯度,并可以看出有明显的互扩散层,且Ni元素的扩散通量大于Fe元素,而Mn、C元素分布较为均匀,试样的抗剪切强度最高,为382.27 MPa;焊接参数为3 MPa、480 s、1050℃的试样拉断位置位于中间层处,且该组试样的抗剪切强度最低(118.78 MPa),其余组别试样的拉断位置均位于母材处,抗拉强度接近母材。