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。     

真空钎焊工艺对Al_2O_3陶瓷/304不锈钢接头成形的影响

采用Ag-Cu-Ti钎料对Al_2O_3陶瓷与304不锈钢进行了不同工艺参数下的真空钎焊连接试验。通过SEM、EDS、XRD方法分析了钎焊接头的显微组织和界面反应产物,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和裂纹的影响。结果表明,Al_2O_3/304接头钎缝分为3个反应区,分别是靠近陶瓷的反应层,由Ti O反应层和Ti3Al反应层组成;钎缝区,由Ag(Cu)固溶体、Cu(Ag)固溶体和Ti Fe_2组成;靠近不锈钢的Ti Fe_2+Ti O反应层。随着钎焊温度升高,保温时间的延长,接头钎缝中Ti Fe_2数量增加,尺寸增大,这降低了通过塑性变形缓解接头残余应力的能力,同时陶瓷侧界面反应层增厚。这些使得接头陶瓷的裂纹现象越严重。     

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al_2O_3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al_2O_3/Mo-Mn/Al_3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al_3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al_(12)Mo化合物覆盖在Al_3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。     

Ti活度对Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头力学性能和微观组织结构的影响（英文）

采用Ag Cu Ti钎料实现了Al_2O_3陶瓷与Fe-Co-Ni合金的钎焊连接,并调查了不同钛含量的钎料对Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头机械性能和微观组织结构的影响。利用扫描电镜(SEM),X射线能量谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机研究了钎焊接头的力学性能和微观组织结构。结果表明,钛含量的增加明显提高Ag-Cu-Ti钎料与Al_2O_3陶瓷的相互作用,在Al_2O_3/Ag-Cu-Ti界面生成一层由Ti-Al和Ti-O化合物组成的反应层。Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头的抗拉强度随钛含量的增加而增加,当钛含量提高到8%(质量分数)时,抗拉强度达到最大值78 MPa。通过微观组织结构分析发现,采用AgCu4Ti在890℃保温5 min的条件下可以获得较好的钎焊接头,典型接头的微观组织结构为Al_2O_3/TiAl+Ti_3O_5/NiTi+Cu_3Ti+Ag(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+(Cu,Ni)/Fe-Ni-Co。采用Ag-Cu-8Ti获得的钎焊接头的界面反应层与Ag-Cu-4Ti差异不大,但反应层稍微增厚,并伴有TiO和Ti_3Al在Al_2O_3/Ag-Cu-Ti界面生成。     

Al2O3陶瓷/AgCuTi/GH99高温合金的钎焊接头力学性能

采用AgCuTi钎料对Al₂O₃陶瓷与GH99高温合金进行了钎焊连接,研究了工艺参数(连接温度、保温时间)的变化对接头力学性能的影响,并分析了不同参数下接头的断裂位置,结果表明：保温5min时,在不同的连接温度下进行钎焊,随着连接温度的升高,接头的抗剪强度先增后减,在900℃时取得最大值,为127.24MPa,连接温度较低时,主要断裂于Al₂O₃/钎料侧,随着温度的升高,接头TiNi₃反应层增厚,因此还有部分断裂于TiNi₃反应层/钎料界面;在连接温度为900℃时,随着保温时间的延长,接头的抗剪强度逐渐降低,保温时间较短时,主要要断裂于Al₂O₃/钎料界面,保温时间过长,TiNi₃反应层延伸入钎料中部且厚度大大增加,在该反应层中产生微裂纹,造成接头强度大大降低,此时部分断裂于钎料中部及TiNi₃反应层中。     

铜基活性钎料钎焊Al_2O_3/Kovar的接头组织和强度研究

研究开发了Al_2O_3陶瓷与Kovar合金直接钎焊用Cu-Sn-Ti-Ni活性粉末钎料。在真空下采用该钎料钎焊Al_2O_3和Kovar合金,并对接头的微观组织、抗剪强度及断口进行了分析。结果表明,Al_2O_3/钎料界面上生成了厚度约为1μm的反应层,该反应层主要由Cu_3TiO_4和AlTi组成;钎料层主要由Cu(s,s)、NiTi和TiFe_2等组成。Al_2O_3与Kovar在920℃真空条件下焊接性能良好,抗剪强度102.86 MPa,且断裂主要发生在Al_2O_3陶瓷与钎料结合的界面上。     

B4C-TiB2-SiC-TiC复合陶瓷钎焊接头微观组织及力学性能

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性,界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间,反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长,BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚,钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织,钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加,接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低,钎缝区域组织得到细化,接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%,钎焊温度890℃,保温时间15 min时,钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合-扩散连接

采用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料作为连接层,在连接温度930℃,保温时间5min的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金.利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验测试接头力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与C/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,连接层的铜、镍与钛合金中的钛发生相互扩散,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物过渡层.对钎焊接头进行900℃,保温60 min扩散处理后,连接层组织达到均一化,母材TC4合金侧过渡层增厚.扩散处理后接头强度为99 MPa,较钎焊接头强度65 MPa提高了52％.     

Ti-Zr-Cu-Ni-Fe-Co-Mo钎料合金钎焊γ-TiAl/GH536接头的显微组织与剪切强度（英文）

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Fe-Co-Mo作为钎料,在钎焊温度1090～1170℃、钎焊时间0～20 min的工艺参数下,实现γ-TiAl和GH536合金的钎焊连接,利用SEM、EDS、XRD和万能试验机研究钎焊温度和钎焊时间对钎焊接头显微组织和剪切强度的影响。结果表明:不同工艺参数下获得的γ-TiAl/GH536钎焊接头均包括4个界面反应层。随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长,钎缝宽度和钎焊接头的平均抗剪强度均是先增大后减小。钎焊温度1150℃、钎焊时间10 min时获得的钎焊接头的剪切强度最大,达262 MPa。Al_3NiTi_2和TiNi_3脆性金属间化合物是产生裂纹和降低接头强度的主控因素,Al_3NiTi_2脆性金属间化合物几乎占据整个呈典型解理断裂特征的剪切断口表面。     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti5Si3,Zr2Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti5Si3+Zr2Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

基于含In银基钎料连接Si_3N_4陶瓷/不锈钢的性能及组织分析

采用Ag-Cu-In-Ti钎料连接Si_3N_4陶瓷和3D打印316L不锈钢,研究了Si_3N_4陶瓷/Ag-Cu-In-Ti/Cu/Ag-Cu-In-Ti/316L不锈钢接头界面组织结构。随着钎焊温度的升高,钎焊中间层Cu箔不断被消耗,陶瓷侧和316L不锈钢侧的反应层厚度增加,钎料扩散加剧,钎焊接头的室温4点抗弯强度先增加后降低;随着钎焊中间层Cu箔厚度从0增加到200μm,钎焊接头连接更为紧密,接头处的裂纹消失,钎焊接头4点抗弯强度显著提升。随着钎焊保温时间的增加,钎焊接头4点抗弯强度先提高后降低,最优的钎焊工艺参数为加热温度800℃,保温时间10 min,中间层Cu箔的厚度为200μm。     

ZrO_2陶瓷与310S不锈钢反应空气钎焊接头的组织与性能

在钎焊温度1 050℃,保温时间15 min的工艺条件下,采用的Ag-n(CuO)x(x=2%,4%,6%,8%)钎料对ZrO_2陶瓷与310S不锈钢进行反应空气钎焊连接。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及X射线衍射仪(XRD)对接头的界面组织和钎焊机理进行了研究,分析了CuO含量对接头组织和力学性能的影响。结果表明:Ag-CuO钎料在空气气氛下可以实现ZrO_2陶瓷和310S不锈钢的钎焊,ZrO_2陶瓷与钎料没有发生反应,310S不锈钢与钎料反应在界面处生成了复合氧化物反应层。随着钎料中CuO含量的升高,ZrO_2陶瓷侧的组织没有明显的变化,310S不锈钢侧的复合氧化物反应层逐渐增厚,接头强度则随着CuO含量的增加先提高后降低,在钎料中n(CuO)为4%时,接头抗剪强度达到最大值为69 MPa。     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti₅Si₃,Zr₂Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti₅Si₃+Zr₂Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

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。     

保温时间对钎焊Al_2O_3/碳钢界面结构及结合强度的影响

用Cu-Ti活性钎料对Al2O3陶瓷/碳钢实施钎焊,用透射电镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对界面微观结构进行表征,研究了钎焊温度1050℃、不同保温时间(10~40 min)对接头界面微观结构和剪切强度的影响。结果表明,保温30 min得到的钎焊接头具有较好的界面组织形态和较高的剪切强度。在此工艺条件下界面结合区有3层组成,即近陶瓷侧以Ti4Fe2O为主的反应层,近钢侧以Ti Fe2为主要析出相的扩散层,在反应层和扩散层之间为Cu固溶体+Ti4Fe2O相,各层组织比较致密,微孔缺陷较少,接头剪切强度达到99 MPa。     

Ti-50Ni钎焊TZM与ZrCp-W接头界面组织及性能

采用Ti-50Ni(at%)钎料实现了TZM合金与ZrC_p-W复合材料的真空钎焊连接,通过SEM、EDS、XRD等方法分析了接头界面的微观组织结构,研究了钎焊温度对TZM/Ti-50Ni/ZrC_p-W接头界面组织及性能的影响。结果表明:钎焊接头的典型界面结构为TZM/Ti-Mo+TiNi_3+Mo-Ti-W/Ti Ni+TiNi_3+W(s,s)+(Ti,Zr)C/ZrC_p-W。随着钎焊温度的升高,Ti-Mo固溶体层宽度逐渐增大,线状条纹增多、增宽,组织逐渐粗大,晶界变圆滑;接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1340℃,保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为146 MPa。     

高纯氧化铝陶瓷与无氧铜的钎焊

电真空应用中,要求高纯氧化铝与无氧铜的连接接头具有较高的强度和气密性.采用Ag-Cu-Ti活性钎料直接钎焊高纯氧化铝陶瓷与无氧铜,研究了钎焊温度和保温时间对接头组成、界面反应以及接头抗剪强度的影响,研究了铜基体材料对钎焊接头组织和界面反应的影响.钎焊温度850～900℃,保温时间20～60 min时,接头抗剪强度接近或达到90 MPa.钎焊工艺参数偏离上述范围时,接头抗剪强度较低.接头由Cu/Ag(Cu),Cu(Ag,Ti)/Cu3Ti3O(TiO2)/Al2O3组成,反应层以Cu3Ti3O为主,个别工艺条件下有一定量的TiO2生成,铜基体视工艺条件的不同对钎焊接头组织有一定影响.     

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。     

Ag基与Cu基钎料钎焊硬质合金与钛合金组织及性能对比研究

分别以Ag-Cu-Ti与Cu-Mn-Ni为钎料在不同工艺下进行了Ti6Al4V钛合金与YG8硬质合金的高频感应连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)对钎焊界面的显微组织、成分分布进行了考察分析,并检测了接头的抗拉强度。结果表明:采用Ag基钎料时,Ti6Al4V侧界面反应层为Ti(s.s)+Ti_2Cu/Ti_2Cu/Ti_2Cu+TiCu/TiCu/Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,YG8侧界面反应层为Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,在钎缝中心形成了韧性较好的Ag(s.s)+TiCu层,接头最高抗拉强度289 MPa;采用Cu基钎料时界面结构为Ti6Al4V/β-Ti/TiCu+Ti_3Cu_4+TiMn+Cu(s.s)/YG8,接头最高抗拉强度206 MPa。通过对比表明Ag基钎料所得到钎缝韧性较好,但反应时间过长易在母材与反应层间形成裂纹;Cu基钎料呈镶嵌结构,钎焊温度过高镶嵌结构破坏,接头性能急剧下降。     

ZrB_2-SiC陶瓷复合材料钎焊接头界面组织及性能

采用BNi2钎料,对ZrB2-SiC陶瓷复合材料进行真空钎焊研究.借助SEM,EDS,XRD等分析测试手段分析了界面组织结构及性能.确定了最佳钎焊工艺参数:钎焊温度1160℃,保温时间20 min.结果表明,接头界面产物主要有δ-Ni2Si,β1-Ni3Si,ZrB2+C,Ni(s,s),Cr x B y C z.随着钎焊温度升高以及保温时间的延长,接头抗剪强度均先升高后降低.钎焊温度1 160℃,保温时间20 min,钎焊接头室温抗剪强度达到最大121.3 MPa.钎焊温度和保温时间对接头断裂方式的影响有相似的规律,在保温时间较短时,裂纹主要产生于钎缝中的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展;当保温时间适中时,断裂主要发生在Ni元素扩散层中;当保温时间延长时,裂纹主要产生于含有一定β1-Ni3Si相的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展.