以Cu基非晶为中间层的TiAl合金瞬时液相扩散连接界面组织及力学性能

采用Cu₄₆Zr₄₆Al₈非晶薄片作中间层材料研究了不同温度与时间下TiAl合金的瞬时液相扩散连接(TLP),利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对连接层组织与成分分布进行了分析,并用电子万能试验机对连接试样的力学性能进行测试。结果表明,以Cu₄₆Zr₄₆Al₈非晶薄片作中间层,能得到连接紧密、无气孔缺陷裂痕等的良好接头。在连接过程中,中间层与基体发生剧烈的扩散反应,在连接层中形成三层组织,生成复杂的反应产物。在900 ℃×30 min下得到的焊接件,其剪切强度可达80.4 MPa。     

铝基复合材料与铝合金的TLP扩散连接

采用TLP扩散连接方法对铝合金与SiC颗粒增强Al基复合材料进行了连接试验研究,应用扫描电镜和能谱分析技术对TLP连接接头进行了微观组织观察和接头区域各元素的浓度分布测试。结果表明,SiC颗粒增强铝基复合材料与铝合金连接接头区域连接界面向铝合金一侧偏移,接头区域溶质原子浓度分布非常不均匀,由于溶质原子扩攻速度以及中间层和母材冶金反应的不同,导致铝基复合材料与铝合金的TLP扩散连接过程存在明显的非对称性。     

Ni-Cu低温TLP扩散连接接头组织及性能

采用厚度40 μm的纯锡钎料中间层在镍和铜基板间实现了低温瞬态液相扩散连接(transient liquid phase bonding,TLP Bonding),通过延长等温反应时间,获得了完全由(Cu,Ni)6Sn5和Cu3Sn两种金属间化合物相(intermetallic compounds,IMCs)组成的焊接接头. 在Ni-Cu TLP扩散连接液-固反应过程中,Sn/Ni和Sn/Cu界面处均形成了(Cu,Ni)6Sn5,但晶粒形貌存在差异,从镍侧到铜侧化合物形貌依次是小颗粒状、针状和扇贝状. 此外,Cu3Sn的生长受到了抑制. 该IMCs接头具有418.4℃的重熔温度和49.8 MPa的平均抗剪强度,能够满足高温功率器件封装中对耐高温互连的需求,并且有助于提高电子器件在恶劣条件下服役时的可靠性.     

铝基复合材料瞬间液相扩散连接接头的组织与力学性能

采用扫描电镜、能谱仪及电子拉伸试验机系统地研究了Cu,Ag作为中间层铝基复合材料瞬间液相扩散连接接头的组织与力学性能。根据组织结构特点接头可分为增强相偏聚区、增强相贫化区和母材区。增强相偏聚区的组织主要为Al2O3颗粒和铝合金基体，并含有汪量的MgAl2O4化合物，对于Cu中间层接头还含有少量的Al2Cu化合物。连接温度、连接时间和中间层厚度对接头抗剪强度具有较明显的影响。在一定条件下，Cu,Ag中间层接头的抗剪强度分别为82－99MPa和86－109MPa。增强相偏聚区是接头最薄弱的区域，减少增强相的偏聚是进一步改善接头力学性能的重要途径。     

TiAlNbV/TC4扩散连接接头界面组织及力学性能研究

对TiAlNbV和TC4合金进行扩散连接试验,并对其焊接接头进行了界面扩散分析和剪切性能测试,研究了接头的剪切断面形貌。结果表明:随着保温时间的增加,TiAlNbV/TC4焊接接头扩散界面区域的孔洞和黑线缺陷减少,元素的分布均匀性提高,焊接接头的最大剪切力和剪切强度增大,剪切断面形貌由凹坑过渡到韧窝,断裂类型由脆性过渡到韧性。扩散温度为850℃,保温时间为2 h时,焊接接头整体扩散结合质量较高,表现出很好的元素扩散效果,剪切强度达到最大,为166 MPa。     

用Cu箔中间层瞬间液相连接SiCP/Al 复合材料的界面现象与连接强度

采用Cu箔作中间层,在温度为853K的条件下进行了SiCp/Al复合材料的瞬间液相（Transient Liquid-Phase bonding,TLP)连接,用扫描电镜观察了连接界面微观形貌,测定了接头的剪切强度,着重研究了连接时间和压力对界面结构和强度的影响。研究表明,不加压连接时,由于在界面处形成纯金属带,且氧化膜也难以去除,接头强度较低,约为母材强度的48%,接头剪切强度随连接时间延长而增高,连接时施加0.2MPa的压力即可显著提高接头强度,达到母材强度的70%,且强度随连接时间变化不大,试验还发现,用Cu箔中间层无压瞬间液相连接小增强相颗粒、高体积百分含量的SiCp/AlMMCs时,接头界面区域没有发现颗粒偏聚,本文对此进行了理论分析。     

Cu中间层SiCp/Al MMCs TLP扩散连接过程分析

采用铜箔作中间层,在连接温度为853 K、无压的条件下进行了瞬间液相连接,对TLP扩散连接过程及其动力学模型进行了分析,并对试验结果进行了的验证.结果表明TLP扩散连接理论模型和试验结果之间还存在着一些差异,对等温凝固过程还需要进一步探讨.分析认为,AlMMCs中大量的晶界、亚晶界、位错等短路扩散通道的存在,直接影响TLP连接过程及其动力学.     

Cu/Mg连接界面扩散行为研究

采用界面真空扩散工艺,研究了黄铜和纯镁接触界面元素扩散行为.利用SEM和EDS对界面的显微组织和元素扩散的行为进行了研究.结果表明,镁元素向铜基体中扩散趋势明显,铜元素基本没有向镁基体中扩散,镁元素向铜基体中扩散约40 μm.     

Zr基非晶合金与铜的扩散连接研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机在添加和未添加扩散连接中间层条件下对Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金与纯铜的扩散连接性进行了研究。实验结果表明,在两种条件下均获得了无裂纹和空洞的良好的连接界面。通过扫描能谱分析和电子探针分析在连接界面处观察到明显的元素扩散,但元素扩散距离较窄。非晶合金中晶化相的出现促进了界面处元素的扩散。     

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.     

Cu和Al箔扩散结合界面相生长行为研究

采用等离子活化烧结方法实现了Cu箔和Al箔的固相扩散结合,考察了673～773K温度范围内界面金属间化合物(IMCs)层的生成过程和生长动力学。结果表明:界面IMCs生成过程主要包括物理接触、IMCs形核、IMCs沿界面相连和IMCs层连续增厚4个阶段;界面主要由Al4Cu9、AlCu和Al2Cu层构成;各层厚度与反应时间的关系均符合抛物线规律,表明IMCs生长动力学由体扩散所控制;各层生长速率常数与反应温度之间满足Arrhenius关系,且整个IMCs界面层以及Al4Cu9、AlCu和Al2Cu各单层的生长激活能分别为80.78、89.79、84.63和71.12kJ/mol。     

用Cu箔中间层瞬间液相连接SiCP/Al 复合材料的界面现象与连接强度

采用Cu箔作中间层,在温度为853K的条件下进行了SiCP/Al复合材料的瞬间液相(TransientLiquid-Phasebonding,TLP)连接,用扫描电镜观察了连接界面微观形貌,测定了接头的剪切强度,着重研究了连接时间和压力对界面结构和强度的影响.研究表明,不加压连接时,由于在界面处形成纯金属带,且氧化膜也难以去除,接头强度较低,约为母材强度的48%,接头剪切强度随连接时间延长而增高.连接时施加0.2MPa的压力即可显著提高接头强度,达到母材强度的70%,且强度随连接时间变化不大.试验还发现,用Cu箔中间层无压瞬间液相连接小增强相颗粒、高体积百分含量的SiCp/AlMMCs时,接头界面区域没有发现颗粒偏聚,本文对此进行了理论分析.     

Mo和Al箔扩散连接界面反应层形貌分析

在压力20MPa,温度600℃保温50min～6h时间条件下,利用扩散连接方法连接厚度为微米级的Mo和Al箔,观测Mo-Al固-固界面生长和演变情况。结果表明,Mo-Al界面反应新生相是在距接触界面0.5～0.7μm的Mo箔表皮下形核,进而撕裂、顶开Mo表皮,成岛状生长,进入到Al基体中,并将撕裂的Mo表皮带入新相内部,形成Mo夹层。因此,在Mo-Al界面反应初期,反应界面形貌不是平直的,而是类似界面上分布的岛屿,且每一种新生相纵向比沿界面的横向生长速度快;随着这些岛屿的生长相连,Mo-Al反应界面会出现3层连续的反应层,即Mo3Al8,MoAl5,MoAl12。当Al箔较薄而被反应消耗完毕后,会形成单独的MoAl4反应层,且会出现一种反应物"吞食"另一种反应物的现象,最后剩下含Mo高的Mo3Al8,MoAl4相。     

瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头的微观结构及力学性能

为制备镍基高温合金/钛合金复合构件,拓展二者应用领域,以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了GH4169高温合金/TC4钛合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能试验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明:在连接温度960℃,连接压力5 MPa,保温时间30min的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了"GH4169/Ni(s,s)/TiNi_3/Ti_2Ni/Ti/T_i2Ni/Ni/TiNi+Ti_2Ni/TC4"的多层梯度结构接头,除了"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头的内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi_3硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头抗剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面区域,呈脆性断裂特征。     

瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头微观结构及力学性能研究

为制备钛合金/镍基高温合金复合构件,拓展二者应用领域,本文以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了TC4钛合金/GH4169高温合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能实验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明：在连接温度为960℃,保温时间30min,连接压力5MPa的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了“GH4169 / Ni(s,s)/ TiNi₃ / Ti₂Ni/ Ti / Ti₂Ni / Ni / TiNi/ TC4”的多层梯度结构接头,除了“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi₃硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面区域,呈脆性断裂特征。     

SiC/TiAl扩散连接接头的界面结构及连接强度

对常压烧结的ＳｉＣ陶瓷与ＴｉＡｌ金属间化合物进行了真空扩散连接。采用扫描电镜、电子和Ｘ射线衍射分析等确定了反应产物的种类和接头的界面结构,并用拉剪试验评价了接头的连接强度。研究结果表明：ＳｉＣ与ＴｉＡｌ扩散连接中生成了ＴｉＡｌ２、ＴｉＣ和Ｔ５Ｓｉ３Ｃｘ三种上,接头的界面结构为ＳｉＣ／ＴｉＣ／（ＴｉＣ＋Ｔｉ５Ｓｉ３Ｃｘ）／ＴｉＡｌ。在１５７３Ｋ和１．８ｋｓ的连接条件下,接头室温剪强度达到２４０ＭＰａ     

焊后热处理对T91钢TLP连接接头组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜对热处理前后T91钢管TLP连接接头的组织、主要元素分布、拉伸断口形貌进行分析;利用电子万能力学试验机、夏比摆锤冲击试验机、显微硬度计对接头热处理前后的力学性能进行测定及分析。结果表明,焊态下,T91钢焊缝金属为未充分扩散的中间层,显微硬度较高,约为348 HV0.5;母材为马氏体+残留奥氏体。经焊后热处理,焊缝与母材组织相似,均为回火马氏体;焊缝硬度值与母材区相近,约为223 HV0.5;另外,焊后热处理接头室温抗拉强度及冲击吸收能量增大,分别为660 MPa和52 J;180°弯曲试验试样完好。焊后热处理前T91钢焊接接头室温拉伸断口形貌为河流花样及扇形花样,属于脆性断裂,经热处理后T91钢焊接接头室温拉伸断口形貌为等轴韧窝,为韧性断裂。     

Ti3Al基合金TLP扩散连接界面的组织演变

以Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni(质量分数,％)非晶箔带为中间层,研究了TLP扩散连接Ti-23Al-17Nb(质量分数,％)合金的界面组织演变过程.结果表明,Ti元素和Nb元素向中间层扩散而Ni,Cu和Zr元素向母材扩散驱动了界面组织演变;在扩散初始阶段即930℃,保温5 min时,界面已形成冶金结合;随保温时间延长至15 min,界面析出条形TiNi3(Cu,Zr)化合物,其随保温时间延长更加细小呈弥散分布;直至保温时间延长至120～ 200 min,界面组织转变为均一、粗大的针状魏氏组织.保温时间是影响TiNi3(Cu,Zr)化合物析出形态和分布的主要因素,控制保温时间可有效改变界面化合物状态,该方法是优化此类界面组织以提高接头强度的有效途径.     

TiZrCuNi粉状钎料真空钎焊TA2纯钛接头界面组织及力学性能

采用Ti37.5Zr37.5Cu15Ni10粉状钎料在940℃×20 min工艺条件下实现了TA2商业纯钛的真空钎焊连接,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、万能试验机和显微硬度计等对钎焊接头的界面组织和力学性能进行了研究和分析。结果表明,钎焊接头的典型界面结构为TA2/针状α-Ti+共析组织(α-Ti+(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni))+残余钎料/TA2,Cu、Ni元素主要存在于共析组织和残余钎料中,Zr元素在共析组织、残余钎料和针状α-Ti中均有分布。钎焊接头室温抗剪强度为322 MPa,从母材向钎缝中心维氏硬度逐渐增大,钎缝中心共析组织的维氏硬度值为307 HV10,可达母材2倍以上。断口分析结果表明裂纹沿钎缝扩展,断口形貌具有沿晶韧窝、拉长韧窝和解理断裂特征,断裂呈韧性-脆性复合断裂模式。     

连接温度对GH4169合金TLP接头界面组织和性能的影响

采用50μm厚的Ni82CrSiB非晶箔片为中间层,通过瞬时液相扩散连接(TLP)方法实现GH4169合金的连接。研究TLP接头的界面组织结构,重点分析连接温度对接头界面组织和力学性能的影响规律。结果表明:GH4169合金TLP接头由等温凝固区(ISZ)和扩散区(DZ)组成。等温凝固区为单相镍基固溶体,B元素向母材的扩散导致在扩散区内晶界处形成大量的针棒状硼化物。随着连接温度的升高,扩散区厚度逐渐增加,而等温凝固区厚度基本保持不变。当连接温度为1 120℃、连接时间为2 h时,接头室温及高温(600℃)抗拉强度最高,分别为692和599 MPa,为母材强度的82%和71%。断口分析结果表明:随连接温度的升高,室温拉伸时接头断裂位置由等温凝固区逐渐转向扩散区,而高温拉伸时接头均在等温凝固区发生断裂。