TiAl合金与镍基高温合金钎焊连接研究现状

Ni基高温合金以其优异的性能,如较高的强度、良好的抗氧化及抗腐蚀能力等,在飞行器领域得到了广泛应用。TiAl系高温合金因其熔点高、比强度高、密度低、抗蠕变性能好等优点,被认为是制造航天器和飞机发动机最有前途的工程材料之一。采用TiAl合金与Ni基高温合金钎焊构件取代部分Ni基高温合金,能更好地满足飞行器高速化、轻量化的发展要求。综述了TiAl合金与镍基高温合金的钎焊技术研究现状,通过对现有TiAl合金与镍基高温合金焊接性研究的分析,介绍了包括Ti基钎料、Ni基钎料等钎焊材料的选取,阐述不同钎焊材料与钎焊工艺接头界面物相形成机理,指出TiAl合金与镍基高温合金钎焊技术研究与发展过程中存在的不足,并展望了TiAl合金与镍基高温合金钎焊技术未来发展方向,为TiAl合金与镍基高温合金钎焊连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。     

钎焊工艺对钛钎焊石墨与TZM合金接头组织性能的影响

研究了钛合金真空钎焊石墨与TZM合金过程中,钎焊温度和时间对钎焊接头组织和性能的影响.结果表明,接头组织由Ti-TiC反应层和Ti-Mo固溶体层组成.在一定范围内,随温度和时间增加,钎缝层加厚.钎焊工艺参数优化后获得厚度为30～40 μm的界面反应层,70～80μm的固溶体层,接头组织均匀,界面平整.抗剪强度达到14.1 MPa和15.0 MPa,再熔化温度高于1 600℃的使用温度,能承受从室温到1 600℃剧烈的热循环作用.     

镍基高温合金GH4099钎焊连接研究现状

镍基高温合金是航空航天领域的重要材料,广泛应用于发动机涡轮叶片、燃烧室等部件,其连接结构是影响整体性能的关键部位。钎焊是制造镍基高温合金零部件最常用的连接工艺,在此介绍了镍基高温合金GH4099的钎焊连接现状,从常用钎料、钎焊接头界面和力学性能等方面展开阐述,并对GH4099合金的未来钎焊连接研究方向和发展趋势进行了展望。     

TiAl合金的钎焊技术研究

γ-TiAl合金作为结构材料可以减轻发动机构件重量,有希望被广泛应用于航空、航天、汽车制造等领域。随着工业制造领域中发动机和飞机结构设计对“减轻重量、提高推重比、增加有效载荷”的要求越来越高,将γ-TiAl合金与钢、高温合金焊接形成复合结构的需求越来越迫切。本研究综述了钎焊方法下钛铝合金用焊料、工艺和接头性能,并提出在本领域有关γ-TiAl合金专用焊料设计方法、界面组织调控以及接头性能综合评价等方面上缺乏系统工作。     

热处理工艺对Hastelloy N合金组织和力学性能的影响

对冷轧态Hastelloy N合金棒料进行了不同的热处理,并进行了组织分析和力学性能测试。结果表明:冷轧Hastelloy N合金试样经871℃中温退火后,形成细小的完全再结晶组织,加工硬化基本消除;经1177℃固溶处理后,形成了完全再结晶组织,综合力学性能高,加工硬化彻底消除;冷轧Hastelloy N合金随着热处理温度的升高,强度下降,延伸率上升。     

钨基合金与钢异质材料连接研究进展

钨基合金具有高熔点、高强度、低热膨胀系数等优异性能,钢是目前应用最广泛的结构材料,钨基合金与钢连接形成结构部件在核工业的聚变反应堆与压铸模具等领域具有广阔的应用前景.钨与钢的物理、化学、力学性能差异巨大,发展钨基合金与钢高性能连接存在一定挑战,且已成为焊接领域关键问题.文中综合阐述了钨基合金与钢扩散焊、钎焊的研究现状,并结合应用需求,提出了钨基合金与钢异质金属连接的未来展望,为后续研究提供了相关参考.     

掺杂石墨与铜钎焊的显微组织

通过SEM、EDS、EPMA及XRD等手段研究了掺杂石墨与铜钎焊的显微组织.结果表明:用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni钎料在不加中间层及插入Mo/Cu复合中间层的情况下,掺杂石墨和铜均能够很好地被连接在一起,接头未发现明显的气孔、裂纹及未焊合的区域;钎料中的活性元素Ti向掺杂石墨一侧扩散,使得掺杂石墨与钎料之间形成冶金连接,其主要因素是形成了碳化物;钎料/铜界面处主要生成了金属间化合物,而钎料/石墨界面除了金属间化合物的存在外,还发现有碳化物的存在;钎缝组织内部由金属间化合物组成.     

掺杂石墨与铜钎焊的显微组织

通过SEM、EDS、EPMA及XRD等手段研究了掺杂石墨与铜钎焊的显微组织.结果表明用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni钎料在不加中间层及插入Mo/Cu复合中间层的情况下,掺杂石墨和铜均能够很好地被连接在一起,接头未发现明显的气孔、裂纹及未焊合的区域;钎料中的活性元素Ti向掺杂石墨一侧扩散,使得掺杂石墨与钎料之间形成冶金连接,其主要因素是形成了碳化物;钎料/铜界面处主要生成了金属间化合物,而钎料/石墨界面除了金属间化合物的存在外,还发现有碳化物的存在;钎缝组织内部由金属间化合物组成.     

Ti-28Ni钎料真空钎焊TZM合金接头界面组织与力学性能

在钎焊温度为1040℃时,采用Ti-28Ni(质量分数,%)钎料实现了TZM合金的真空钎焊连接。采用SEM、EDS等方法分析了接头界面的微观组织结构,并研究了保温时间对TZM合金接头界面结构和性能的影响规律。结果表明,接头的典型界面组织结构为:TZM/Ti_(ss)/δ-Ti2Ni/Ti_(ss)/TZM;随保温时间的延长,焊缝宽度逐渐变小,其中连续的Ti_(ss)层厚度基本无变化,中间的δ-Ti_2Ni层厚度有所降低;同时,TZM母材向焊缝中的溶解量增加。保温时间较短时,焊缝中残留有未溶解的TZM块,延长保温时间使母材溶解更充分。当保温时间为10 min时,接头平均抗剪强度最高为92.6 MPa,断裂发生于δ-Ti_2Ni层,为脆性沿晶断裂。     

IC10与GH3039高温合金的真空钎焊

采用Co50NiCrWB钴基钎料及Rene’95高温合金粉末对IC10与GH3039高温合金进行了真空钎焊及大间隙钎焊。试验结果表明,采用Co50NiCrWB钎料及Rene’95高温合金粉末在1180℃／30min规范下钎焊IC10与GH3039高温合金,可获得致密完整的IC10／GH3039钎焊接头及大间隙钎焊接头,接头在900℃下的拉伸性能和持久性能均超过GH3039母材水平,拉伸和持久试验时,断裂都发生在GH3039母材中。     

Brazing of doped graphite to Cu using stress relief interlayers

The microstructure and shear strength of brazed doped graphite (DG)/Cu joints by active metal brazing were studied. In order to evaluate the effect of stress relief interlayers on mechanical property, both kinds of joints, joined directly and inserted interlayer between substrates, were fabricated. It was found that directly brazing of DG to Cu was unsuccessful within the experimental conditions applied. A finite element method (FEM) was employed to evaluate the residual stress in the joints. It was found that the residual stress caused by the physiochemical properties mismatch between DG and Cu deteriorated the DG/Cu joints strength severely. FEM results showed that the use of Cu or Mo significantly reduced the residual stress, when comparing to those obtained without interlayer. Results from the FEM simulation also indicated that the combination of oxygen free high conductivity copper (OFHC)/Mo multi-interlayers were very effective to mitigate residual stress in the DG/Cu joints. Brazing experiments using OFHC/Mo/OFHC, OFHC/Ti/OFHC and OFHC/Ni/OFHC multi-interlayer were successful in all employed cases and the average strength of the joints reached 19.2 MPa with OFHC/Mo/OFHC multi-interlayer. TiC formation was found to be responsible for the filler metal/DG adhesion, some intermetallic compounds also detected in the braze seam due to the inter-diffusion of metallic elements.     

石墨/紫铜低温连接接头界面组织和性能分析

石墨与金属焊接是实现材料性能优越化的有效途径。从介绍石墨与金属焊接技术需求和难点出发,重点综述了石墨与铝合金、铜合金以及其他合金钎焊、扩散焊连接领域的研究进展,总结了钎焊、扩散焊技术实现石墨与金属有效冶金结合的机理,分析了活性钎料在钎焊过程中的作用以及润湿性研究成果,简单概括了石墨与金属的连接性能,最后指出了当前焊接存在的问题、钎焊和扩散焊技术未来的发展方向,为进一步深入研究及工程应用提供理论基础及技术支撑。

     

Hf与Zr为降熔元素镍基钎料对IC10合金的钎焊

以Hf,zr元素及Hf+Zr作为降熔元素再加入一定量的Cr,Co,Mo元素配制了3种镍基钎料并对钎料的性能进行了研究.结果表明,Zr元素的降熔效果比Hf明显,而Hf元素降低钎料硬度的能力比Zr元素强,在对母材的润湿铺展性方面Hf元素的影响比Zr元素大.比较3种钎料钎焊IC10合金的900℃抗拉强度,Hf+Zr为降熔元素的钎料对应的钎焊接头性能最好,单独以Hf为降熔元素的钎料钎焊接头性能略低,而单独以Zr元素为降熔元素的钎料钎焊接头性能最低,Ni-Hf钎料中加入适量的Zr元素可以提高接头的高温力学性能.     

Brazing copper to alumina using reactive CuAgTi alloys

The purpose of this work was to describe and discuss the fundamental issues involved in reactive brazing of alumina to copper by CuAgTi alloys. The method used to bring the Ti to the CuAg braze enabled the Ti concentration in the braze to be varied to a large extent (from 0.8 to 6 wt.%). It was then possible to study the effects of this parameter on the interfacial chemistry and joint microstructure, as well as on the mechanical performance of the brazing joints, characterized by tensile tests. The mechanical strength of metal/alumina joints processed by reactive brazing was also compared with data obtained using a standard metallization process.     

Brazing Si3N4 ceramic to AISI 5140 steel under pressure

Pressures (0 to 40 MPa) were applied to the joints of Si₃N₄ ceramic to 5140 steel during vacuum brazing with Ag-Cu-Ti active filler metal. Pressurization started at various temperatures (873,973, and 1073 K) and ended at room temperature during cooling. Results show that there is an optimum starting temperature to pressurize, at which the maximum room temperature shear strength of the joint is obtained.     

Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金

使用Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析了钎焊接头界面组织,阐明了反应机理,并研究了钎焊温度对接头界面组织和力学性能的影响. 结果表明,钎焊接头的界面结构为ZTA陶瓷/TiO+Ti₃(Cu,Al)₃O/Ag(s,s)/Ti₂Cu₃/TiCu/Ti₂Cu/α+β-Ti/TC4合金. 随着钎焊温度的升高,钎缝中Ag基固溶体层变薄,Ti-Cu金属间化合物层变厚,当钎焊温度达到890 ℃时,Ti-Cu金属间化合物几乎占据整了个钎缝区域. 随着温度的升高,接头抗剪强度先增大后减小,在钎焊温度为890 ℃时,接头的室温抗剪强度达到最大值,其值为43.2 MPa.     

金刚石/铜复合材料与氧化铝陶瓷的Ag-Cu-Ti活性钎焊(英文)

金刚石/铜复合材料具有低膨胀系数和高热导率等优异性能,使其成为一种理想的电子封装材料。采用97%(72Ag-28Cu)-3%Ti活性钎料对金刚石/铜复合材料和氧化铝陶瓷进行钎焊。发现活性钎料在氧化铝陶瓷和金刚石薄膜表面均具有良好的润湿性,在两者表面的平衡润湿角均小于5°。讨论了主要钎焊条件(如钎焊温度和保温时间等)对接头性能的影响。发现钎焊过程中Ti元素聚集在金刚石颗粒的表面形成TiC化合物,且TiC化合物的形貌与钎焊接头的剪切强度具有紧密联系。推测合适的TiC化合物层厚度可改善钎焊接头的剪切强度,而颗粒状的TiC化合物及过厚的TiC化合物层却会损害钎焊接头的性能。获得的最大剪切强度为117MPa。     

Ti（C，N）基金属陶瓷与45钢的真空钎焊

以AgCuZn合金为钎料,采用真空钎焊方法实现了Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢的牢固连接.研究了连接温度、保温时间和钎料厚度对钎缝接头抗剪强度的影响,并对连接界面区域的微观结构及焊料反应产物进行了SEM, EDS及XRD分析.在本试验中,当连接温度为850 ℃、保温时间为15 min、钎料厚度为 0.4 mm时,得到的接头界面抗剪强度最高,为145.2 Mpa.微观结构结果表明:钎料与两侧母材润湿良好,分别在两侧形成了界面扩散互溶过渡层,良好的界面扩散互溶过渡层是获得较高界面连接强度的主要原因.     

Si3N4/钢的几种钎接工艺比较

实验比较和分析了几种Si3N4／钢钎接工艺的特点。表明，含Ti活性钎料适用于Si3N4／钢的直接钎焊；合适的应力缓和层的选择以及套封结构的使用均能明显提高钎接接头强度。     

Ti(C,N)基金属陶瓷与45号钢钎焊的试验研究

在氩气保护炉中，采用铜基、银基钎料对Ti(C，N)基金属陶瓷与45钢进行钎焊试验。通过观察和分析钎焊接头的结合情况及剪切试验，表明Ti(C，N)基金属陶瓷具有较好的钎焊性；氩气保护焊条件下，以H62为钎料的接头的平均剪切强度为37MPa，以Ag72Cu28为钎料的接头的平均剪切强度为51MPa。