AlNP/Al复合材料与6061Al低温连接组织演变机理及力学性能EI北大核心CSCD

为了防止在高温下连接电子器件发生破坏,并改善常用的低温SnAgCu钎料对母材25%(体积分数)AlNP/Al复合材料与6061Al合金表面的润湿性,对母材表面进行磁控溅射Ni薄层或Ti/Ni双金属薄层的预金属化处理,再用SnAgCu钎料进行连接,可得到结合良好的接头。双金属化后接头两侧界面组成为母材/Ti-Al/Ti/Ti-Ni/Ni/Ni-Sn-Cu/β-Sn+Ag3Sn。不同元素之间扩散速率的差异导致了界面反应层不同位置的物相成分差异,从镀Ni层向焊缝中心方向,反应层的物相呈(Ni,Cu)3Sn,(Ni,Cu)3Sn2,(Ni,Cu)6Sn5,(Ni,Cu)3Sn4的变化趋势。Ti元素的加入可显著提高镀Ni层与母材的结合力,在250℃下保温1-5 min,钎焊双金属化处理后的母材所得接头抗剪强度可达28-35 MPa,断裂发生在β-Sn基体中。     

层状结构TiAl合金钎焊组织及性能

目的揭示层状结构Ti Al合金薄板采用钎料Ti-Zr-Cu-Ni时,在钎焊过程中的扩散行为,以及钎焊后的组织和力学性能。方法对焊缝及周边区域进行电子扫描(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD),明确钎焊过程中的扩散行为以及钎焊接头组织;对钎焊后的层状Ti Al合金进行剪切试验和纳米压痕试验,评价焊缝的力学性能。结果采用Ti-Zr-Cu-Ni钎箔钎焊Ti Al合金板材,Al元素为主要扩散元素,从母材向焊缝进行扩散,在Ti Al合金与钎料界面处生成Ti_3Al金属化合物,在焊缝处生成(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)(s,s),Ti_2(Cu,Ni)(s,s),(Ti,Zr)_2Ni(s,s)和α-Ti。焊后接头的剪切强度为252 MPa,裂纹在母材处生成,穿过焊缝扩展到另一侧母材区域发生断裂,焊缝区硬度值高于母材,为12.8 GPa。结论选用Ti-Zr-Cu-Ni钎料在930℃下进行钎焊,能够获得质量良好的接头。     

Ti_3Al和Ti_2AlNb合金扩散连接界面的组织及力学性能

采用直接扩散连接Ti3Al和Ti2AlNb合金,研究了连接压力、连接温度、保温时间等工艺参数对接头界面组织形貌及性能的影响。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法观察分析了界面组织结构,并测试了接头的力学性能。结果表明:直接固相扩散连接接头的典型组织为Ti3Al/O相+α2相过渡层/富B2层/Ti2AlNb。当连接温度为1000℃,保温时间60min,连接压力为5MPa时获得的接头室温抗剪强度为635MPa,室温抗拉强度为795MPa,均断裂于Ti3Al母材一侧。经1000℃/60min热循环后Ti3Al母材的抗拉强度下降至原始母材的76%。连接温度低于950℃或保温时间小于60min会导致未焊合等缺陷;温度高于1050℃或保温时间超过120min则导致Ti3Al发生相变。     

Ti/Nb/Cu作缓冲层的TiC金属陶瓷/304不锈钢扩散连接

采用Ti/Nb/Cu复合中间层在连接温度为925℃、保温时间20min、焊接压力8MPa的条件下对TiC金属陶瓷和304不锈钢进行真空扩散连接。通过光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)分析观察接头微观组织、断口形貌、反应界面元素分布、断面的物相组成。结果表明:在TiC金属陶瓷和304不锈钢之间形成一个明显的转变过渡区,界面反应产物主要为[Ti,Nb]固溶体+Ti+NbTi4,Nb和剩余Cu+[Cu,Fe]固溶体+Cr。接头抗剪强度达到84.6MPa,断裂发生在TiC和Ti之间的位于TiC上的扩散反应层上。Nb对接头残余应力的改善起到关键作用,界面强度高于因残余应力作用而弱化了的陶瓷基体强度。     

中间层Ni对TC4/2A14异种金属搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

目的 添加0.05 mm厚的Ni箔作为中间层,对3 mm厚的TC4钛合金和2A14铝合金进行搅拌摩擦焊,分析Ni对接头力学性能的影响。方法 采用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射等微观表征分析方法,对焊接接头的断口形貌、成分进行分析,探究Ni箔对焊接接头力学性能的影响。结果 由于钛合金和铝合金存在较大的物理化学性能差异,Ti/Al异种金属焊接性较差,界面容易产生TiAl3、TiAl、Ti3Al等金属间化合物,其中脆性相TiAl3对接头性能的影响最大,会导致综合力学性能下降。当加入中间层材料Ni后,由于Ni与Al晶体结构均属于面心立方,因此Ni与Al的扩散系数大于Ti与Al的扩散系数,Ni和Al之间优先形成金属间化合物且弥散分布于焊缝中,从而缩短了Ti与Al之间的相互扩散时间,减少了TiAl3相的生成。结论 在未添加中间层材料时,接头平均抗拉强度为237.3 MPa,约为2A14铝合金母材抗拉强度的56.7%;当添加中间层Ni后,对焊缝中金属间化合物的种类和数量进行了调控,减少了对性能影响最大的TiAl3相的生成,接头平均抗拉强度达到285.3 MPa,为2A14铝合金母材抗拉强度的68%。     

Al_xCoCrFeNiCu_2高熵合金的组织结构及力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备出不同Al含量的AlxCo Cr Fe Ni Cu2的高熵合金,研究Al含量对该高熵合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,该铸态高熵合金合金具有简单的bcc相固溶体结构及fcc相固溶体结构。AlxCo Cr Fe Ni Cu2(x=1,2和3)合金中fcc相固溶体的含量在增加;当x=4,5时,合金中bcc相固溶体的含量增加。合金的硬度随着Al元素的增加而提高。制备出的5种合金中Al4Co Cr Fe Ni Cu2硬度值最高。Al3Co Cr Fe Ni Cu2高熵合金具有较高的屈服强度和断裂强度。     

Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能

采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料对3003铝合金进行钎焊实验,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪对接头微观组织和断口进行分析,并研究了钎焊温度对接头组织和性能的影响。结果表明:在540~580℃保温10min工艺下钎焊3003铝合金,均可获得良好的钎焊效果。钎焊接头均由钎缝中心区的α(Al)固溶体、θ(Al2Cu)金属间化合物、细小Si相和AlCuFeMn+Si相,两侧扩散区的α(Al)固溶体与元素扩散层以及母材组成;钎焊接头室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面,断口主要呈脆性解理断裂特征。随着钎焊温度的升高,扩散区的α(Al)固溶体晶粒长大,接头结合界面犬牙交错;当钎焊温度为560℃,保温10min时,接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa,约为母材强度的62.7%。     

Nb丝增强Ti-48Al-2Cr基复合材料制备及复合机制

采用真空水冷铜坩埚感应熔炼炉及石墨型离心铸造工艺,制备了Nb丝连续增强Ti-48Al-2Cr基复合材料.测试了该复合材料的显微结构、界面结合形貌与力学性能.研究结果表明:Nb丝与基体结合良好,界面处元素发生了相互扩散,界面层组织为Ti2 AlNb相,α2-Ti3 Al相及γ-TiAl相,硬度呈梯度分布,在界面层处最高为...     

合金元素对 Nb2Mo2Si合金相平衡及Nb2 Nb 5Si 3共晶组织形态的影响

采用电弧熔炼法制备了 Nb220Si210Mo、Nb220Si210Mo23M (M = Cr , Al , Ti) (原子分数) 四种 Nb2Mo2Si基超高温合金。利用 SEM、EDS、XRD等实验技术对铸造合金的相组成与组织形态进行了观察和分析。Nb220Si210Mo 合金由铌固溶体 (Nb SS) 与βNb 5Si 3化合物两相构成 , 其铸造组织包含大量片层状共晶 (Nb SS 2βNb 5Si 3) 组织。少量合金元素 Cr (3 at %) 能够改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系 , Nb220Si210Mo23Cr 的铸造组织中不仅存在 Nb SS和βNb 5Si 3 , 而且还出现少量 Cr 2Nb相 ; 而添加合金元素 Al、Ti (3 at %) 并不改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系。添加 Cr 使 Nb SS 2 βNb 5Si 3共晶组织失去了平直片层特征 ; Al 有利于共晶组织中片层状共晶形成 ; 添加 Ti使共晶组织呈现羽毛状特征。合金化使 Nb与βNb 5Si 3的晶格常数发生变化 : Nb的晶格常数均变小; Nb220Si210Mo23Cr合金中βNb 5Si 3的 c/ a值减小 , 其它 3种合金中βNb 5Si 3的 c/ a值增大。     

GH3044镍基合金钎焊接头的界面组织和强度分析

采用Ni基箔片钎料对GH3044镍基合金进行钎焊连接,利用电子扫描显微镜(SEM)及能谱分析仪,对接头的界面组织进行观察和分析;采用电子万能试验机对GH3044镍基合金的钎焊接头进行抗剪试验,评价接头的室温抗剪强度.试验结果表明:当钎焊温度为1070℃,保温时间为10min时,界面处有(Cr,W)2+Ni固溶体析出,钎缝中有(Cu,Ni)固溶体组织+Ni-Mn金属间化合物层及η″+ξ′金属间化合物层生成,此钎焊工艺参数下获得的钎焊接头具有最高的室温抗剪强度319MPa.     

固溶时效态GH925/Inconel625异种合金焊接力学性能研究

采用氩气保护焊(MIG)和625专用焊丝,研究GH925合金圆柱搭接焊接电流、道次间隔时间(T=1～2 s)对焊结区组织成分、析出相对焊接接头力学性能的影响。研究表明,固溶时效态GH925合金采用625专用焊丝可以得到熔合良好的焊接接头,接头抗拉强度最高达到830 MPa,达到焊丝抗拉强度的1.15倍。焊缝区组织由奥氏体γ相和弥散析出δ相组成,焊接电流50 A时焊缝区以平面晶析出为主,出现晶界多边化现象;焊接电流65 A时焊缝为胞晶组织,焊接电流65和80 A时靠近熔合线母材一侧2～3 mm处出现δ相带状剧烈析出区,与δ析出温度范围有关。能谱分析表明析出相为(NiFeCr)固溶型复杂化合物。增加道次间隔时间T有利于获得力学性能更好的焊缝组织。     

Ti2AlNb合金与钛基复合材料的低温固相扩散连接机理

Ti2AlNb合金和Ti基复合材料可以使用直接固相扩散的方法进行连接,但较高的扩散温度使得母材发生相变,其接头性能也因此变差。采用Ti箔中间层的方法优化Ti2AlNb合金和Ti基复合材料的固相扩散连接接头性能。结果表明:加入30μm的Ti箔中间层后,扩散连接温度由950℃降低至850℃,变形率由5%降低至1.7%,扩散连接温度的降低有效地改变了接头界面的组织,典型界面组织为Ti2AlNb/富B2相/α+β双相组织/Ti基复合材料,其中接头界面处α+β双相组织的形成提高了接头的强度。最佳扩散连接工艺参数为850℃/60min/5 MPa时,剪切强度达到最大值399MPa,实现了Ti2AlNb和Ti基复合材料在低温下的扩散连接。     

变质和热处理对高强度铸造Al-Cu-Si-Mn合金组织和性能的影响

通过变质处理和热处理实验,研究了不同的Ti变质加入量和固溶时效处理对高强度铸造Al-Cu-Si-Mn合金组织和性能的影响.结果表明,试验材料的铸态组织为粗大的α(Al)固溶体和其晶界分布的θ(Al2Cu)及T(Al12CuMn2)相,加入0.15%～0.2%Ti变质处理可以细化试验材料的铸态组织,变质处理后进行固溶和时效处理,组织由α(Al)固溶体和其晶内弥散分布的二次T相组成,晶界处残留有未完全固溶的T(Al12CuMn2)相,组织中出现α(Al)晶界无析出区.Ti变质处理高强度Al-Cu-Si-Mn合金组织对壁厚效应的敏感性不明显.     

TA1/X80复合板用TiNi/NiCrMo双过渡层熔焊对接接头组织及性能

以TiNi和NiCrMo为双过渡层焊接材料,对TA1/X80复合板进行了熔焊对接实验,利用OM、SEM、EDS及XRD等检测实验对接头组织构成、微观形貌、成分、相组成及力学性能进行了研究。结果表明,TA1/TiNi焊缝以等轴晶组织穿插连接,从TA1侧到TiNi侧,Ti元素在界面处急剧降低,Ni元素缓慢升高;TiNi/NiCrMo焊缝以树枝状组织相互延伸并交织在一起,在界面处形成了宽约40μm的过渡带;从过渡带TiNi侧到NiCrMo侧,Ti元素急剧降低,Ni元素先降低后又升高,Cr、Mo元素逐渐升高;NiCrMo/X80焊缝以点状或针状组织相互渗透连接,从NiCrMo侧到X80侧,Fe元素急剧升高,Ni、Cr急剧降低。TiNi焊缝与NiCrMo焊缝均生成了一定数量的脆性相,并导致接头强度、塑韧性低于母材区。     

SiO2f/SiO2复合材料与TC4,Ti3Al和TiAl的钎焊

在880℃/10min规范下,采用AgCuTi活性箔带钎料完成了SiO2f/SiO2/TC4,SiO2f/SiO2/Ti3Al和SiO2f/SiO2/TiAl三种接头的连接,每种接头界面均结合良好。接头显微组织结果表明,三种接头组织形貌较为相似,均在靠近SiO2f/SiO2母材的界面处形成了一层薄薄的扩散反应层组织,在该组织中出现了Ti和O的富集。分析认为,钎焊过程中钎料中的Ti会优先向SiO2f/SiO2母材边缘扩散,同时,金属母材中的元素在液态钎料的作用下不断向钎缝中溶解,其中一部分母材中的Ti也会向复合材料母材边缘扩散,两种不同来源的Ti共同与SiO2发生反应生成Ti-O相,根据三种接头扩散层中Ti和O的原子比例推断Ti-O相为Ti2O。三种接头的钎缝基体区主要由白色组织和灰色组织共同组成,其中白色组织中富含Ag,主要以Ag基固溶体形式存在,而灰色组织中富含Ti和Cu,二者结合生成Ti-Cu组织。     

一种新型核级奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀研究

利用"不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀实验"、光学显微镜和扫描电镜等测试方法分别对未敏化和经敏化处理(650℃×100 h)的800H和新型Cr18Ni30Mo2Al3Nb合金焊接接头的抗晶间腐蚀性能进行研究,结果表明,800H和Cr18Ni30Mo2Al3Nb接头焊缝组织均为单一的奥氏体基体,800H合金中TiN缺陷处易引起点蚀,而Cr18Ni30Mo2Al3Nb无明显点蚀现象;对比腐蚀失重、腐蚀深度等实验结果,未敏化和敏化态Cr18Ni30Mo2Al3Nb焊接接头的抗晶间腐蚀性能明显优于相同状态的800H。     

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的 研究微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti2AlNb合金成分,为推进铸造Ti2AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法 以Ti–22Al–25Nb(原子数分数,下同)、Ti–22Al–24Nb–0.1B、Ti–22Al–24Nb–0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果 添加微量B元素可以明显细化Ti–22Al–25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958 μm减小至548 μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论 综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti–22Al–24Nb–0.1B。     

Ti(C,N)/Ni扩散焊接界面的组织和性能

以铜和铌作为中间夹层,真空扩散焊接Ti(C,N)/Ni,研究温度和时间等主要工艺参数对Ti(C,N)/Ni界面微观组织和性能的影响.结果表明,当扩散焊接的温度低于1273 K时,界面的夹层材料基本保持不变,界面的微观组织为Cu/Nb层状物,铜在镍中有少量扩散;而当扩散焊接的温度为1523K时,界面微观组织在初期为Ni8Nb的金属问化合物 离散析出的CuNi固溶体,到后期变为靠近Ti(C,N)侧为(Ti,Nb)(C,N) NbT(Ni,Ti,Cu)6 NbNia层,靠近Ni侧为NiCu NbNis层.这表明,液态Cu为过渡液相,通过Ni的溶解而形成CuNi过渡液相,加速了Nb在CuNi过渡液相中的溶解.由此产生的NiNbCu过渡液相能浸润Ti(C,N),并在界面处形成少量的(Ti,Nb)(C,N)固溶体合金,从而提高了界面的结合性能,界面剪切强度可达到140 MPa.     

Ti/Al异种金属微电阻点焊接头的形成过程及形成机理研究

目的对0.2 mm厚的TC4和2A12薄板进行微电阻点焊研究,分析其接头的形成过程及形成机理。方法通过EDS以及微区XRD等测试手段对熔核与母材界面各区域进行分析,研究界面处的元素扩散以及成分分布。结果对熔核与界面进行EDS线扫描可以发现,熔核内部区域Ti,Al含量比较均匀,说明熔核内部的元素扩散较为充分。熔核与铝侧母材界面处的针状化合物经过分析,推测其主要成分为Ti-Al金属间化合物。熔核内部的主要成分为Al_3Ti金属间化合物。熔核与Ti侧母材界面处生成了AlTi_3和AlTi_2金属间化合物。结论熔核内部以及熔核与母材交界处均生成了Ti-Al系金属间化合物。接头形成过程基本可以分为"固相连接"、"钎焊连接"、"熔化连接"、"熔核的形成与长大"4个阶段。     

铌硅化物基超高温合金表面包埋渗Al改性硅化物涂层的组织结构

分别采用两步包埋渗法和包埋共渗法在铌硅化物基合金表面制备了Al改性硅化物抗氧化涂层.两步包埋渗法是先在合金表面包埋渗Si制备(Nb,X)Si2(X表示Ti,Cr和Hf元素)涂层,然后再将渗Si试样于800～1000℃包埋渗Al.结果表明:当渗Al温度达到860℃时渗入(Nb,X)Si2层中的Al可形成(Nb,Ti)3Si5Al2相;当渗Al温度达到900℃时渗入的Al还可穿过(Nb,X)Si2层在渗Si层与基体之间形成(Nb,Ti)(Al,Si)3层.经1150℃/20h Si-Al包埋共渗后在合金表面形成的涂层具有多层复合结构:外层主要由(Nb,Ti)3Si5Al2和(Nb,Ti)(Al,Si)3组成;中间层上部为(Nb,X)Si2,下部为低硅化物(Nb,X)5Si3;内层由基体相(Nb,Ti)Al3和柱状晶(Cr,Al)2(Nb,Ti)组成.