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。     

Ni71CrSi中间层钎焊连接C／C复合材料与镍基高温合金GH3044

以Ni71CrSi为中间层存1180℃×30min的钎焊条件下,对C／C复合材料和镍基高温合金进行钎焊试验。,研究了Ni7lCrSi对C／C复合材料和表面SiC改性的C／C复合材料的润湿性。利用扫捕电子显微镜、能谱分析仪、万能试验机和做米压痕仪分别对接头的界面组织、显微硬度和剪圳断裂过程进行了研究。结果表明,表面未改性的C／C复合材料在连接过程中直接失效,而表而SiC改性的C／C复合材料与镍基合金的接头连接良好,且接头剪切强度达到35．08MPa,断裂方式呈假塑性断裂。机理分析表明,镍基钎料较好地润湿表面SiC改性的C／C复合材料,接头的显做硬度分布旱中问高两边低的变化趋势,且形成了表面改性C／C／Ni（s．s）＋Cr7C3＋Ni3Si／Ni（s．s）＋cr3c2＋Ni3Si／Ni（s．s）＋cr3c2＋MC＋Ni3Si／Ni3Si＋MC＋Ni（s．s）／GH3044界面结构。     

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。     

电子束钎焊修复K465镍基高温合金叶片

采用自制镍基钎料进行了K465镍基高温合金叶片模拟件的真空电子束钎焊,研究了开贯通槽(磨掉全部裂纹)和开非贯通槽(磨掉80%～90%裂纹)的两种开槽方式对叶片模拟件接头产生裂纹的影响,分析发现开贯通槽试件很少产生裂纹而开非贯通槽试件都产生裂纹.借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)等方法分析了接头界面结构,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镍基γ固溶体,NiSi,NiB,NiAl和NiSi五种产物.     

C/C复合材料与镍基高温合金连接接头的力学性能和微观结构

采用Ni、Si粉末作中间层连接材料,利用真空热压工艺成功制备C/C复合材料与镍基高温合金(GH3128)的连接样件。并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和材料万能试验机,研究连接温度对其连接接头力学性能和微观结构的影响规律。结果表明,随着连接温度的升高,不仅接头中间层的元素分布更加均匀,而且接头的剪切强度也随之明显增大。当连接温度为1160℃时,连接接头的剪切强度可达12.6MPa。     

GH4738/GH3536异种高温合金钎焊接头的组织与性能

采用BNi-2镍基钎料对GH4738和GH3536异种高温合金在1 040℃×10 min条件下进行真空钎焊,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了钎焊接头的微观组织及物相组成,并测试了钎焊接头的高温强度。结果表明,钎缝与母材界面结合良好,且钎缝组织致密。在钎焊接头观察到3个特征组织区域,分别为元素扩散区、等温凝固区和非等温凝固区。等温凝固区由镍基固溶体组成,而非等温凝固区除了镍基固溶体外,还存在大量的Ni3Si相及少量的富含Cr,Mo的硼化物。在730℃高温条件下,钎焊接头抗拉强度为259 MPa。在拉伸过程中,钎焊接头沿非等温凝固区开裂,而Ni3Si及硼化物等脆性相内部形成的微裂纹促进了钎焊接头的断裂。     

GH3128合金激光焊接头组织与性能

采用激光焊方法对3 mm厚GH3128合金进行对接焊,研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响,同时与非熔化极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding,TIG焊)进行显微组织及力学性能的对比分析. 结果表明,在激光功率4 kW、焊接速度1.5 m/min和离焦量 + 3 mm的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝. 激光焊与TIG焊焊缝区组织均由奥氏体γ' + 脆性碳化物组成. 与TIG焊相比,激光焊焊缝区的组织晶粒细小,且分布于枝晶间和晶界处的碳化物尺寸较小,激光焊接头室温抗拉强度低12%,高温抗拉强度相近,室温轴向低周疲劳应力循环次数高4.5倍. 与TIG焊相比,激光焊接头室温抗拉强度低和低周疲劳性能高,主要是受焊接过程元素烧损和碳化物尺寸的影响.     

AgCuNiLi钎焊TiC金属陶瓷与GH3128界面结构及接头性能

采用AgCuNiLi钎料对TiC金属陶瓷与GH3128镍基高温合金进行钎焊。结果表明:当钎焊温度为840℃,保温10min时,接头典型界面结构可以表示为:TiC金属陶瓷/(Cu,Ni)/Ag(s.s)+Cu(s.s)/(Cu,Ni)/GH3128。随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,TiC金属陶瓷附近的(Cu,Ni)固溶体层厚度增大,且向钎料内部呈树枝状长大,钎料内部的Ag-Cu共晶组织逐渐减少。界面机理分析表明:钎料中Li的加入能促进界面上(Cu,Ni)固溶体的形成;但(Cu,Ni)固溶体的继续长大则受钎料中Cu元素的扩散程度控制。当加热温度由810℃升高到960℃,接头抗剪强度呈现先增大,然后缓慢减小的变化趋势。当加热温度为880℃、保温时间为10min时,接头抗剪强度达到最大值204MPa。     

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。     

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.     

Joining of C/C Composites and GH3128 Ni-based Superalloy with Ni-Ti Mixed Powder as an Interlayer

通过包埋工艺在C/C复合材料表面制备了改性SiC涂层.采用Ni-Ti粉末作中间层连结材料,利用真空热压扩散工艺成功制备了SiC涂层改性C/C复合材料与GH3128镍基高温合金的连接样件.借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和材料万能试验机,研究了SiC涂层改性C/C复合材料与GH3128镍基高温合金连接接头及其界面的元素分布、微观结构及力学性能.结果表明,在C/C复合材料表面制备SiC涂层,不仅充分改善了C/C复合材料对Ni-Ti中间层连结材料的润湿性,而且还有效缓解C/C复合材料与GH3128连接界面因热膨胀不匹配而造成的热应力.经过SiC涂层改性处理的连接接头,其室温剪切强度可达22.49 MPa;而没有经过SiC涂层改性处理的连接接头,其室温剪切强度几乎为零.     

TiB_w/TC4钛合金与C/C复合材料钎焊接头的界面组织结构

采用活性钎料TiZrNiCu对TiBw/TC4钛合金和C/C复合材料进行了钎焊连接,借助SEM,EDS,XRD等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构的影响.结果表明,采用TiZrNiCu钎料可以实现对两种材料的连接,接头典型的界面结构为：C/C复合材料/TiC＋（Ti,Zr）2（Cu,Ni）/Ti（s,s）＋（...     

TiAl与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能

以Ti为中间层实现了TiAl与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析,并对接头剪切强度进行测试。结果表明:当钎焊温度为960℃时,钎缝主要由Tiss和Ti2Ni组成;当钎焊温度从960℃升高到1000℃时,钎缝中生成Ti-Al及Al-Ni-Ti化合物,典型界面结构为:GH99/(Ni,Cr)ss/Ti2Ni+AlNi2Ti+TiNi/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al+Al3NiTi2/TiAl;钎焊温度继续升高,Ti3Al和Al3NiTi2变得粗大,导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃,保温10min时,接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高,钎缝厚度先增加后减小。     

C/C复合材料与TC4钎焊接头的组织与断裂形式分析

在钎焊时间10 min,钎焊温度820～900℃的条件下,采用AgCu钎料对C/C复合材料和TC4进行了钎焊试验.利用扫描电镜、X射线衍射分析仪、EDS能谱分析仪对接头的界面组织及断口形貌进行了研究.结果表明,C/C复合材料与TC4连接接头的界面结构为C/C复合材料/TiC C/TiCu/Ag(s.s) Cu(s.s) Ti3Cu4/Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu/Ti2Cu Ti(s.s)/TC4.由压剪试验测得的接头抗剪强度可知,在钎焊温度850 ℃,保温时间10 min的钎焊条件下,接头获得的最高抗剪强度达到38 MPa.接头的断口分析表明,接头的断裂位置与被连接处碳纤维方向和钎焊温度有关.当碳纤维轴平行于连接面时,断裂发生在复合材料中.当碳纤维轴垂直于连接面时,若钎焊温度较低,断裂发生在C/C复合材料/钎料界面处;若钎焊温度较高,断裂主要发生在C/C复合材料/钎料界面和钎料/TC4界面处.     

Microstructure and mechanical properties of C/C composite joint brazed with Ni-based filler

The novel Ni-based brazing filler was used to join C/C composites. When brazing temperature increased from 1080 to 1100 °C, the wetting angle decreased from 23° to 14°, and the brazing filler had good wettability on the surface of C/C composites. The brazing seam of the brazed joint consisted of Ni(s,s) and Cr₃C₂ phases. As brazing temperature increased, lots of Cr₃C₂ phases were generated at the bonding interface, and the thick reaction layer was formed. When brazing temperature was 1120 °C, the shear strength of C/C joint reached the maximum value of 31.5 MPa. The fracture path extended in the C/C matrix close to the bonding interface.     

BNi68CrWB钎焊K24/GH648异种高温合金的界面形成机理

采用BNi68CrWB钎料粉末对K24和GH648异种高温合金进行钎焊连接,分析了接头典型界面组织,提出了钎焊过程反应机理.结果表明,接头由共晶区、等温凝固区和扩散区组成.共晶区由WB,CrB和镍基固溶体组成,等温凝固区为镍基固溶体,GH648侧扩散区由WB,W_xB_y,Cr_xB_y,以及沿晶界析出的镍基固溶体和少量的Cr₂Ni₃相组成,K24侧扩散区与母材差异不明显.钎焊过程由元素富集、母材溶解、等温凝固和共晶凝固四个阶段组成.其中等温凝固阶段是钎焊过程中最关键的阶段,等温凝固不完全时,钎缝中央存在共晶组织,影响接头性能.钎焊温度1 150℃,保温120 min时,等温凝固完全,接头组织均匀,力学性能最优,室温拉剪强度可达323 MPa.     

置氢TC4钛合金与C/SiC复合材料钎焊接头界面组织和结构

采用AgCu箔片对不同置氢含量的TC4钛合金与C/SiC复合材料进行了钎焊连接.借助SEM,EDS,XRD等分析手段对接头的微观组织、界面结构进行研究,并分析了钎焊工艺参数的影响.结果表明,钎焊温度810℃,保温时间10 min时,置氢含量0.3%的接头界面结构为置氢钛合金/针状韦德曼组织/Ti（s.s）＋Ti2Cu过...     

TiAl/Ni基合金反应钎焊接头的微观组织及剪切强度(英文)

以Ti为中间层,对TiAl基金属间化合物与Ni基高温合金进行反应钎焊连接,研究反应钎焊接头的界面微观结构及剪切强度。通过实验发现,熔融中间层与两侧母材反应剧烈,生成连续的界面反应层。典型的界面微观结构为GH99/(Ni,Cr)ss(γ)/TiNi(β2)+TiNi2Al(τ4)+Ti2Ni(δ)/δ+Ti3Al(α2)+Al3NiTi2(τ3)/α2+τ3/TiAl。当钎焊温度为1000°C,保温时间10min时,所得接头的剪切强度最高为258MPa。进一步升高钎焊温度或延长保温时间,会引起钎缝组织中组成相粗化和脆性金属间化合物层的生成,从而导致接头剪切强度的降低。     

钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊组织与性能

针对TC4钛合金仿莲房特征芯体与面板钎焊工艺,采用TiZrCuNi钎料,开展了钎焊工艺研究,并分析了主要钎焊工艺参数对钎焊界面组织和夹层结构力学性能的影响。结果表明：钎焊温度920℃,保温时间90min时, TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊后界面焊合率良好,界面显微组织为均匀针状α组织和界面金属间化合物,夹层结构平压强度均值为15.14MPa。钎焊保温时间对TC4钛合金仿莲房特征芯体钎焊界面显微组织影响显著,当钎焊保温时间较短时(15min),钎料熔化后,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间较短,钎料中Cu和Ni向母材中的扩散反应不充分,钎缝区局部Cu和Ni元素富集导致Cu和Ni元素含量超过共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时发生共晶反应,生成块状金属间化合物,钎焊界面主要为含有块状金属间化合物的凝固钎料组织和针状α组织;随着钎焊保温时间的增加,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间增加,钎料中Cu和Ni元素向母材中扩散反应深度显著增加,从而Cu和Ni元素在液态钎料中的含量显著降低,元素含量小于共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时Cu和Ni元素固溶于β相中,避免大量块状金属化合物生成,随后β相向α相的固态相变时,共析反应生成针状α相,在针状α组织界面处生成金属间化合物。钎焊时间保温时间从15min升至90min时,由于钎焊界面金属间化合物减少,TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构的平压强度逐渐增加。     

激光功率对钛合金表面Ni基复合涂层的影响

采用光纤激光器,在Ti6Al4V合金表面激光熔覆Ni60和Ni/MoS2粉末制备复合涂层,利用OM、SEM、EDS分析了激光功率对熔覆层宏观形貌、显微组织、显微硬度的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的条件下,随着激光功率的增大,熔覆层宽度、厚度、基材熔化深度、热影响区深度均增大;显微硬度逐渐增大;熔覆层表面质量下降,最佳激光功率范围为1.5~2 kW。