Co-Nb-Pd-Ni-V钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料的接头组织与性能

采用自行设计的Co-Nb-Pd-Ni-V高温活性钎料对碳纤维增强碳化硅（C_f/SiC）复合材料进行钎焊连接,钎焊温度为1 200 ~ 1 320 ℃,钎焊时间固定为10 min. 结果表明,钎料中的V和Nb元素同时发挥反应活性,与C_f/SiC复合材料发生界面反应,在陶瓷界面形成了VC和NbC双层界面反应层. 当钎焊参数为1 280 ℃/10 min,典型的接头组织为（VC/NbC）双界面反应层/（Co,Ni）₂Si + CoSi + NbC + Pd₂Si/（NbC/VC）双界面反应层. 在此参数下获得的接头性能最佳,其中室温三点弯曲强度为61.0 MPa,在900和1 000 ℃下测得的强度均高于其室温强度,分别为83.2和87.7 MPa. 接头中的NbC和Pd₂Si高熔点物相弥散分布在钎缝内部,大大提高了接头的高温性能.     

Cf/LAS复合材料的钎焊接头组织与性能分析

采用Ag-Cu-Ti活性钎料对C_f/LAS复合材料进行了钎焊,研究了接头界面组织结构和力学性能.采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）对钎焊接头组织结构进行分析,用抗剪试验检测接头力学性能.结果表明,接头界面典型结构为C_f/LAS复合材料/TiSi₂/Cu₂Ti₄O/TiCu/Ag（s,s）+Cu（s,s）/TiCu/Cu₂Ti₄O/TiSi₂/C_f/LAS复合材料.在钎焊温度为900℃,保温时间为10 min时,接头室温抗剪强度最高达8.4 MPa.     

TiZrNiCu钎焊(Cf-SiCf)/SiBCN与Nb的界面产物及机理分析

采用TiZrNiCu钎料来实现改良的超高温陶瓷（C_f-SiC_f）/SiBCN与金属Nb的钎焊连接,研究了温度、时间对界面组织及力学性能的影响规律,对连接机理进行了分析. 结果表明,在900 ℃/20 min的工艺参数下,（C_f-SiC_f）/SiBCN-Nb接头室温抗剪强度最高达到36 MPa,接头典型的界面结构为Nb/Ti-Nb固溶体/（Ti, Zr）₂（Cu, Ni）/Zr₅Si₃ + Ti₅Si₃/TiC + ZrC/（C_f-SiC_f）/SiBCN. Cu元素在钎焊过程中逐渐从钎料扩散陶瓷母材中,通过与SiC反应生成Cu-Si脆性化合物进一步促进（C_f-SiC_f）/SiBCN陶瓷的分解,同时Cu-Si相是接头断裂路径由钎料层扩展到陶瓷侧的主要原因;保温时间过高时,陶瓷的分解程度增加,接头断裂在陶瓷内部;而温度过高时,固溶体前端与钎料层物相差异增大而引起了贯穿钎料层的裂纹.     

SiCf/SiC与MX246A钎焊接头界面组织及性能分析

利用Ti,Hf的反应活性配制的高温活性钎料,对SiC_f/SiC复合材料与MX246A高温合金进行了高温钎焊,并实现两者高强度钎焊连接,分析了接头界面微观组织、物相组成与力学性能. 结果表明,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头界面中有Ni₂Si,NiTi,TiC,NiAl,Ni₃₁Si₁₂等产物生成,其结构可以表示为:(SiC_f/SiC)/TiC + NiTi + Ni₂Si + Ni₃₁Si₁₂ + (Ni, Cr) + (Cr, W) + (W, Mo)/MX246A. 在室温及1 000℃下,钎焊接头抗剪强度均达到70 MPa以上,接头断裂于复合材料侧. 在1 270 ℃保温15 min条件下,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头1 000 ℃的平均抗剪强度可达到90 MPa.     

SiCp/Cu复合材料的真空钎焊

对冷压烧结结合热挤压工艺制备的SiC/Cu复合材料,选用Ti和AgCuTi为钎料,采用不同的工艺进行真空钎焊试验.用金相显微镜和扫描电镜对母材和钎焊接头的剪切断口形貌进行分析,利用电子万能试验机对钎焊接头进行抗剪强度测试,将接头抗剪强度与母材抗剪强度进行对比以评判钎缝质量.结果表明,用Ti为钎料连接SiCp/Cu复合材料的连接状况要优于AgCuTi钎料,且连接温度850℃,保温时间为20 min时,抗剪强度最大为70.5 MPa,与母材抗剪强度相当;随着铜基复合材料中SiCp含量不断增加,钎焊接头室温抗剪强度不断下降,当SiCp含量超过10%时,抗剪强度快速下降.     

具有铼涂层的C/C复合材料与铌的真空钎焊

利用自制的Zr-Ni钎料对具有铼涂层的碳碳复合材料与铌进行真空钎焊,确定了接头典型界面组织为C/C-Re复合材料/(Re)/(Re,Zr,Nb)+NiZr/ NiZr₂+NiZr/ NiZr+Nb/Nb. 结果表明,钎焊过程中,铼涂层厚度变小,向钎缝中扩散,并与钎料元素形成了固溶体组织(Re,Zr,Nb),当钎焊保温时间过长时,Re元素向钎缝大量溶解,铼涂层与C/C复合材料脱离. 随钎焊温度升高及保温时间延长,接头抗剪强度均呈现出先升高后降低的变化趋势. 确定最佳焊接工艺参数为钎焊温度为1 110 ℃,保温时间为20 min,此时钎焊接头室温抗剪强度为19 MPa.     

SiC_P/Al复合材料的钎焊工艺研究

采用Zn98Al和Zn72.5Al两种Zn-Al药芯钎料对SiCP/Al复合材料进行氩气保护钎焊试验,研究了钎焊温度和保温时间对接头剪切强度及显微组织的影响。结果表明,用这两种钎料在氩气保护炉中钎焊SiCP/Al复合材料,可以获得质量良好的钎焊接头。对Zn98Al钎料,当温度为490℃、保温45min时可获得剪切强度为71.01MPa的钎焊接头;而Zn72.5Al钎料,在温度为560℃、保温11 min时可获得剪切强度为63.71MPa的钎焊接头。两种钎料的钎焊接头显微硬度均略低于母材。两种接头钎缝区的XRD相结构分析发现,钎缝中都只存在α(Al)和β(Zn)两相;接头断口扫描观察显示,接头整体呈韧性断裂特征。     

Cf/SiC复合材料与304不锈钢钎焊接头组织与性能

采用Ti-Zr-Be活性钎料作为连接层,在一定工艺参数下真空钎焊C_f/SiC复合材料和304不锈钢.利用SEM,EDS,XRD和俄歇谱仪分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能,分析了工艺参数对接头抗剪强度的影响.结果表明,在复合材料附近形成ZrC+TiC+Be₂C/Ti-Si反应层,连接层中主要包含FeZr₂,锆基固溶体,BeTi,Ti-Zr固溶体等反应产物,304不锈钢附近形成FeTi/αFe反应层.在连接温度为950℃,连接时间为60min时,接头室温抗剪强度最高为109.3 MPa,断裂位置为C_f/SiC复合材料与中间层连接界面靠近复合材料端.     

Cr对Ni-P系钎料钎焊不锈钢接头性能的影响

研究了钎焊温度对Ni-P系钎料铺展件能及其真空钎焊OCr13不锈钢接头力学性能的影响.结果表明,Ni-P系钎料铺展面积随钎焊温度的升高而增大,并且相同温度下不含Cr的Ni-P钎料铺展面积大于Ni-Cr-P的铺展面积;钎焊温度从925℃升高到1000℃过程中,Ni-P、Ni-Cr-P钎料钎焊不锈钢接头的室温剪切强度均增大,并且在相同钎焊工艺下,不含Cr的Ni-P钎料钎焊不锈钢接头室温剪切强度优于Ni-Cr-P钎焊接头强度30～40MPa;Ni-P系钎料钎焊接头高温强度随温度升高而下降,测试温度超过500℃时,相同温度下含Cr的钎料能够提高钎焊接头强度0～30 MPa.     

TiBw/TA15钛基复合材料真空钎焊界面组织及性能研究

采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料对TiB_w/TA15钛基复合材料进行真空钎焊,对不同工艺参数下钎焊接头组织及性能进行分析.结果表明,钎焊界面主要由针状的α-Ti相、间隙β-Ti相及Ti₂(Cu,Ni)金属间化合物及TiB_w增强相组成.随着钎焊温度(920～980℃)和保温时间(60～150 min)的增加,针状α-Ti相占比增加,金属间化合物减少,TiB_w分布趋于均匀,接头力学性能增加.但较长的保温时间导致界面宽度增加,使接头整体塑性下降.钎料添加量较少且适宜的情况下,钎焊温度980℃,保温时间90 min下能获得最佳力学性能.     

BNi2+TiH2复合钎料钎焊C/C复合材料与GH99镍基高温合金

采用BNi2+TiH₂复合粉末钎料成功实现C/C复合材料与GH99镍基高温合金的钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,焊后接头典型界面结构为C/C复合材料/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/MC+Ni(s,s)/Ni₃Si+Ni(s,s)/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/GH99高温合金.钎料中加入TiH₂,可促进C/C复合材料母材的溶解,并在钎缝中部形成MC碳化物颗粒.随着TiH₂含量的增加,钎缝中部MC形态由细小弥散向大片状转变.当TiH₂含量为3%时,接头室温及800,1000℃高温抗剪强度最高,分别可达40,19及10 MPa,接头强度高于BNi2钎料钎焊接头强度,并可有效保证接头高温使用性能.     

Cu-25Sn-10Ti活性钎焊SiO2f/SiO2复合材料与Invar合金

采用Cu-25Sn-10Ti钎料钎焊SiO_2f/SiO₂复合材料与Invar合金,研究了界面组织结构及其形成机理,分析了不同钎焊保温时间下界面组织对接头性能的影响.结果表明,在钎焊温度880℃,保温时间15 min的工艺参数下,接头在SiO_2f/SiO₂复合材料侧与Invar合金侧均形成了连续的界面反应层,界面整体结构为Invar合金/Fe₂Ti+Cu(s,s)+(Ni,Fe,Cu)₂TiSn/Cu(s,s)+Cu₄₁Sn₁₁+CuTi/TiSi+Ti₂O₃/SiO_2f/SiO₂复合材料.在钎焊温度一定时,随着保温时间的延长,复合材料侧TiSi+Ti₂O₃反应层厚度逐步增加,Fe₂Ti颗粒逐步呈大块状连续依附其上,接头强度先增大后减小.当钎焊温度880℃,保温时间15 min时,接头室温抗剪强度达到11.86 MPa.     

采用Ag-Cu-In-Ti钎料真空钎焊SiO2f/SiO2复合陶瓷与铌

设计了Ag-(15~26)Cu-(13~20)In-(3.1~6.9)Ti活性钎料,分别在780℃/20 min,780℃/40 min和800℃/10 min三种参数下实现了SiO_2f/SiO₂复合材料与铌的连接,分析了接头微观组织,测试了接头室温抗剪强度.其中800℃/10 min钎焊参数下的接头平均抗剪强度最高,达到21.6 MPa;微观分析结果表明,接头中靠近SiO_2f/SiO₂母材界面处形成了厚度约为2μm的连续扩散反应层,靠近铌的界面钎料与母材也形成了良好的结合.该钎焊参数下接头界面物相依次为:SiO_2f/SiO₂→TiO+TiSi₂→TiO+Cu₃Ti→Ag(s, s)+Ag₃In+Cu(s, s)→Nb.     

TiNiNb钎焊Cf/SiC与TC4接头组织结构

文中在钎焊温度980℃、钎焊时间15 min的条件下,采用Ti_54.8Ni_34.4Nb_10.8（原子分数,%）共晶合金粉末真空钎焊C_f/SiC复合材料与TC4钛合金.用SEM,EDS及差热分析法（DTA）观察测定了钎料组织、成分及熔点,分析了钎焊接头的微观组织结构.结果表明,Ti_54.8Ni_34.4Nb_10.8共晶钎料由Ti₂Ni及Ti（Nb,Ni）化合物组成,实际熔点为935℃.钎焊过程中,Ti和Nb元素与复合材料反应形成TiC和NbC混合反应层;钎料中的镍与TC4中的镍发生互扩散,在TC4钛合金侧形成扩散层;连接层由弥散分布的Ti（Nb,Ni）化合物和Ti₂Ni相组成.C_f/SiC与连接层界面为接头最薄弱环节,此处易形成裂纹.     

钎料中Ti元素含量对Si3N4/Si3N4接头界面结构及性能的影响

在900℃保温10 min的工艺条件下采用Ti含量不同的AgCu+Ti+nano-Si₃N₄复合钎料（AgCu_C）实现了Si₃N₄陶瓷自身的钎焊连接,并对不同Ti元素含量的接头界面组织及性能进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为Si₃N₄/TiN+Ti₅Si₃/Ag_（s,s）+Cu_（s,s）+TiN_P+Ti₅Si_3P/TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄.随着复合钎料中Ti元素含量的增加,钎缝中团聚的纳米Si₃N₄颗粒逐渐减少,母材侧的反应层厚度逐渐增加后趋于稳定.当Ti元素含量高于4%时,钎缝中形成了类似于颗粒增强金属基复合材料的界面组织;当Ti元素含量达到10%时,有少量Ti-Cu金属间化合物在钎缝中形成;钎焊接头的抗剪强度随着Ti元素含量的增加而呈现先增加后降低的变化趋势,当Ti元素含量为6%时接头的抗剪强度达到最高值,即75 MPa.     

TC4钛合金真空钎焊接头组织与高温性能

采用高钛含量的粉状Ti-Zr-Ni-Cu钎料实现了TC4钛合金的真空钎焊,分析了不同工艺参数对接头高温(600℃)抗拉强度的影响,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析等方法研究了钎焊接头界面组织,确定了界面反应产物及其形态分布.结果表明,在界面反应层中生成五种产物:钛基固溶体、Ti₂Ni,Ti₃Al,CuTi₃,Zr₂Ni.随着钎焊温度和加热时间的增加,接头抗拉强度呈现先增大再降低的趋势,当钎焊温度为950℃和保温时间为30 min时,获得最大高温(600℃)抗拉强度为387 MPa的钎焊接头.     

CNTs对TC4与C/C复合材料钎焊接头组织及力学性能的影响

试验采用加入了碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的AgCu4.5Ti + xCNTs (x为质量分数,%)复合钎料(简称AgCuTi_C复合钎料),实现了TC4钛合金与C/C复合材料的真空钎焊连接. 通过SEM,EDS等分析手段确定了在CNTs含量为0.2%、钎焊温度为880 ℃、保温时间为20 min时接头的典型界面组织为TC4/扩散层/Ti₂Cu/TiCu/Ti₃Cu₄/TiCu₄/TiC + TiCu₂ + Ag(s.s) + Cu(s.s)/Ti₃Cu₄/TiCu₄/TiC/C/C复合材料;研究了CNTs含量对接头组织与性能的影响. 结果表明,随着CNTs含量的增加,钎缝宽度变化呈下降趋势,界面组织细化,界面中的Ti₃Cu₄与TiCu₄脆性化合物的含量降低、TiC与TiCu₂化合物的含量增加;接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势变化;当CNTs含量为0.4%时抗剪强度最高,达到44 MPa;CNTs的加入可使界面组织得到细化,有利于缓解钎缝中心区域与两侧母材之间存在的由于热膨胀系数不匹配而形成的较大残余应力,有效地提高了接头的抗剪强度.