铜中间层对铍/HR-1不锈钢热静压扩散连接组织性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、俄歇电子能谱(AES)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和材料试验机,分析了铜作中间过渡层材料时,热静压扩散连接铍/HR-1不锈钢接头的组织结构、微区成分和性能,探讨了扩散区成分,组织结构与性能的关系.研究表明:扩散迁移后的原Be/Cu界面是整个扩散连接区的最弱处,是试样的断裂位置;用铜作过渡材料后,较有效地阻碍了铍与不锈钢元素金属间化合物的生成,提高了扩散连接接头的性能.     

Impulse Pressuring Diffusion Bonding of Titanium to Stainless Steel Using a Copper Interlayer

采用Cu作中间层对工业纯钛和1Cr18Ni9不锈钢进行了脉冲加压扩散连接。在连接温度850 ℃,脉冲压力8~20 MPa工艺条件下,在120~180 s时间内即实现了钛与不锈钢的有效连接,与传统扩散焊相比连接时间大幅缩短。在Ti/Cu界面生成了大量的Ti-Cu金属间化合物;而在Cu/不锈钢界面只生成了Cu在奥氏体不锈钢中的固溶体,Cu中间层有效地阻隔了Ti与不锈钢之间的扩散和反应。在连接时间为120 s时得到了最大的连接强度346 MPa。在拉伸载荷下,接头沿Ti/Cu界面发生脆性断裂。脉冲加压扩散连接能在一定程度上降低界面金属间化合物对接头性能的有害作用,提高接头强度,但不能完全消除界面金属间化合物对接头的不利影响。     

铜作中间层钛与不锈钢的脉冲加压扩散连接（英文）

采用Cu作中间层对工业纯钛和1Cr18Ni9不锈钢进行了脉冲加压扩散连接。在连接温度850℃,脉冲压力8~20 MPa工艺条件下,在120~180 s时间内即实现了钛与不锈钢的有效连接,与传统扩散焊相比连接时间大幅缩短。在Ti/Cu界面生成了大量的Ti-Cu金属间化合物;而在Cu/不锈钢界面只生成了Cu在奥氏体不锈钢中的固溶体,Cu中间层有效地阻隔了Ti与不锈钢之间的扩散和反应。在连接时间为120 s时得到了最大的连接强度346 MPa。在拉伸载荷下,接头沿Ti/Cu界面发生脆性断裂。脉冲加压扩散连接能在一定程度上降低界面金属间化合物对接头性能的有害作用,提高接头强度,但不能完全消除界面金属间化合物对接头的不利影响。     

Be/CuCrZr高温热等静压扩散连接接头组织演化及断裂机理

利用电子探针微分析术研究了具有50 μm Ti中间层的Be/CuCrZr高温（780℃ ~ 850 ℃）,不同时间（0.5 h ~ 2 h）热等静压扩散连接接头组织演化过程及断裂机理。结果表明：Be/Ti和Ti/CuCrZr界面反应扩散的产物和先后顺序符合能量-通量法则;Be在Ti中的扩散速率大于Cu在Ti中的,但Be/Ti界面反应区形成高Be含量的Ti-Cu-Be三组元相脆性高,是接头性能恶化的主要原因,而Be/CuCrZr界面反应区形成的低Be含量的Ti-Cu-Be三元相对接头性能影响相对较小;HIP连接工艺参数对样品接头性能存在明显影响,800 ℃/2 h/130 MPa连接接头性能最佳,抗拉强度为122.8 MPa,界面结合良好无连接热裂纹,断裂为Be12Ti+Be10Ti混合金属化合物层解理断裂。     

铍／HR—1不锈钢热等静压扩散连接界面特性研究

采用热等静压（HIP）方法，对铍与HR－1不锈钢（SS）在加Cu单层或Cu/Ni双层过渡材料的条件下进行扩散连接。利用金相显微镜，扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（AES）、显微力学探针（MPM）及拉伸试验分析了接头扩散区的显微组织，微区成分和力学性能。探讨了扩散区成分，组织，硬度及弹性模量分布的关系。研究表明，加Cu单层过渡材料能有效阻挡Fe向铍端的扩散，但不能阻挡铍向不锈钢端的扩散和消除合金元素Ni向Be/Fe及Be/Cu的偏聚，存在幅度较大的弹性模量跃变，造成应力集中和开裂。加Cu/Ni双层过渡材料能实现Be,Cu,Ni与不锈钢间的互扩散，其结合强度为50MPa，是实现铍与不锈钢扩散连接和提高接头质量的可选方法。     

TiAl/V/Cu/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响

扩散连接界面组织结构是影响连接性能的关键因素，不同的界面组织结构及生成相所决定的接合强度不同，研究了TiAl/V/Cu/40Cr钢的扩散连接，结果显示，在V/Cu及Cu/40Cr的连接界面处出现了对连接性能有利的无限固溶体层，而在TiAl/V界面处有金属间化合物层出现，接头全部断裂于TiAl/V界面处，TiAl/V界面生成的金属间化合物V5Al8脆性相严重弱化了接头性能，使接头强度仅为200MPa。     

钛/铜/不锈钢脉冲加压扩散连接接头组织及力学性能研究

为了提高钛/不锈钢扩散连接接头性能,缩短连接时间,抑制界面反应产物的过度生长,本文采用50μm纯铜箔做中间层,进行脉冲加压扩散连接。通过扫描电镜观察、万能拉伸试验和XRD分析对钛/铜/不锈钢接头界面组织和力学性能进行了分析。结果表明,当连接时间为120 s时即可得到可靠的接头。在钛/铜界面生成了Ti2Cu、Ti Cu、Ti3Cu4和Ti Cu4等金属间化合物层,而在铜/不锈钢界面生成了Fe-Cu固溶体。在拉伸载荷下,试样沿钛/铜界面反应产物发生脆性断裂,接头强度达到了340 MPa。     

氧化-生成物对钛合金/铜/不锈钢扩散连接界面组织及性能的影响

钛合金/钢异种金属结构扩散连接技术所涉及的核心问题之一就是了解氧化及生成的金属间化合物对接合界面组织和性能的影响及如何选择中间层金属。采用扫描电镜、X射线衍射等分析手段,考察了以铜为对象的表面氧化物和生成的金属间化合物对铜/钛合金及钛合金/铜/不锈钢扩散连接界面的组织和性能的影响。结果表明:铜表面的氧化程度对接合界面金属间化合物生成程度影响较大,在一定版芯的氧化极限内,表面氧化越强烈,生成的金属间化合物越多,不利于接头性能的提高;但金属间化合物对接合界面组织和性能的影响较氧化物CuO本身对接合界面性能的影响大,是影响接头强度的主要原因。直接作为钛合金的中间过渡层的铜箔不宜过厚。     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

Be/CLAM钢热等静压连接界面特性及力学性能

以AgCu28合金作为过渡层材料,采用热等静压（HIP）方法进行Be／CLAM钢（中国低活化马氏体钢）的扩散连接。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及剪切试验分析了接头的扩散层显微组织、元素分布和力学性能。研究表明：采用AgCu28合金作为过渡层材料,在900℃,160MPa,2h条件下能够实现Be／CLAM钢的扩散连接;AgCu28合金过渡层材料能有效地减少铍、CLAM钢母材间的元素互扩散,防止了Be-Fe等脆性金属间化合物的大量生成。接头质量较好,剪切强度达180MPa。     

Cu/Al合金异种材料复合管电阻压焊接头连接特性分析

利用电阻压焊进行Cu/Al合金异种材料复合管的焊接试验,分析了接头微观组织与界面主要元素的分布特征。结果表明,接头中Cu元素大量扩散溶入Al基体中,形成有害的CuAl2金属间化合物,但是,电阻压焊过程中外加顶锻力使结合区产生剧烈塑性变形,能破碎粗大CuAl2金属间化合物并细化接头熔合区晶粒,有利于改善接头的结合性能,获得优质焊接接头。     

Asymmetry in interface and bending property of Al/Cu/Al bimetallic laminates

This work was aimed to study the interfacial microstructures and three-point bending properties of Al/Cu/Al bimetallic laminates produced by the asymmetrical roll bonding and annealing. It is found that the microstructure and bonding strength of the Al/Cu interface are different with those of the Cu/Al interface. The interfacial microstructure of Cu/Al interface is improved due to the large interfacial plastic deformation caused by the different rotation speeds of roll in the asymmetrical roll bonding process. The bonding strength between Al and Cu layer can be enhanced by the moderate atomic diffusion, but is dramatically depressed by the formation of intermetallic compounds in the interface.The bending strength of bimetallic laminates is enhanced when the Cu/Al interface is loaded in tension because of the improvement of stress transition and damping by the Cu/Al interface during the three-point bending deformation. The bending fracture reveals that the interfacial cracks can be inhibited from the restricted stress concentration in the improved Cu/Al interface.     

连接条件对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢扩散连接的影响

利用热模拟试验机并结合扫描电镜(SEM)对00Cr25Ni7Mo3N超级双相不锈钢的超塑扩散连接进行实验研究,对不同连接条件下的孔洞形貌、界面组织进行相应的分析。研究结果表明,超塑性扩散连接试样的界面结合强度随扩散连接压力的增大、表面质量的提高及连接时间的延长而增大。扩散连接在连接温度1100℃时,连接压力为10MPa～20MPa;待连接表面经精磨处理后,连接时间10min～20min的条件下,可实现焊合率为96%～98%的扩散连接,且连接试样的初始连接界面消失,界面孔洞基本闭合,界面剪切结合强度达到407MPa～413MPa。     

Cu／Al真空扩散焊接显微组织分析

采用真空扩散焊工艺方法,对Cu与Al扩散焊接头的组织性能进行了试验,利用扫描电镜（SEM）、电子探针9EPMA）、显微硬度等测试焊接过渡区及基体组织和性能进行了分析。试验结果表明：采用真空扩散焊工艺,在加热温度530－540℃,保温时间60min,压力11．5MPa时,在Cu/Al界面处形成明显的扩散过渡区,扩散区域宽约40μm。在铜侧过渡区中产生金属间化合物,会出现显微硬度高峰区,控制Al的扩散浓度可避免或减少界面处金属间化合物的产生。     

真空热压铝和铜的固态连接(英文)

在温度623~923K下采用真空热压扩散连接铝和铜,具体工艺为在预置温度下,变形率为0.2mm/min时热压缩10min,再在炉冷过程中,以0.2mm/min成型10min。通过界面分析可以看出,合适的扩散连接温度为823K,在扩散过程中产生了3种主要的金属间化合物层,分别为Al2Cu、AlCu+Al3Cu4和Al4Cu9。3种化合物层的局部硬度分别为(4.97±0.05)、(6.33±0.00)、(6.06±0.18)GPa。     

Study of diffusion bonding of Ti-6Al-4V and ZQSn10-10 with metal interlayer

The diffusion bonding was carried out to join Ti alloy (Ti-6Al-4V) and tin-bronze (ZQSn10-10) with Ni and Ni Cu interlayer. The microstructures of the diffusion bonded joints were analyzed by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). The results show that when the interlayer is Ni or Ni Cu transition metals both could effectively prevent the diffusion between Ti and Cu and avoid the formation of the Cu-Ti intermetallic compounds (Cu3Ti, CuTi etc.). But the Ni-Ti intermetallic compounds (NiTi, Ni3Ti) are formed on the Ti-6Al-4V/Ni interface. When the interlayer is Ni, the optimum bonding parameters are 830℃/10 MPa/30min. And when the interlayer is Ni Cu, the optimum bonding parameters are 850℃/10MPa/20min. With the optimum bonding parameters, the tensile strength of the joints with Ni and Ni Cu interlayer both are 155.8MPa, which is 65 percent of the strength of ZQSn10-10 base metal.     

Be/CuCrZr合金扩散连接的界面行为

在不同表面粗糙度的Be侧镀Ti/Cu中间层,采用热等静压技术将铍与CuCrZr合金进行扩散连接。通过AES、SEM(EDS)、室温剪切试验和XRD等分析其镀层形貌及成分、界面特性与相结构。结果表明:9μmTi、35μmCu镀层带征较为均匀,影响扩散连接强度的元素较少,采用双靶单侧镀复合膜的工艺有利于减少Ti镀层的氧化;界面剪切强度明显提高,最高可达243MPa,Be表面粗糙度的不同对强度影响不明显;Be-Ti连接强度高,剪切断裂均发生在Cu镀层。     

40Cr/Q345B双金属热压缩组织演变与界面结合机制

对40Cr/Q345B双金属材料在变形温度为1000、1050、1100和1150℃,变形前保温时间为30和60 min,压下量为50%、65%和80%的条件下进行热压缩复合实验,研究其界面结合行为。借助光学显微镜和能谱仪,研究界面的组织演变及元素扩散规律,利用显微硬度仪分析界面处的显微硬度分布,揭示双金属界面的结合机理。结果表明:在变形温度为1000~1150℃时,变形温度升高有利于40Cr/Q345B双金属的界面结合;压下量从50%增加至65%,促进了界面结合,但压下量为80%时,过高的变形量会影响界面两侧基体的协调性能,从而降低界面的结合强度;此外,变形前保温时间为30 min,有利于界面结合。随着保温时间的增加,基体的晶粒尺寸变大、显微硬度降低,界面处的显微硬度最低,为150 HV;随变形温度的升高,界面处的显微硬度提高,最高为185 HV。40Cr/Q345B双金属热压缩过程中的元素扩散以Cr为主,在变形前保温时间为30 min、变形温度为1150℃下,压下量为50%时的扩散距离约为3.7μm,其结合机制主要为冶金结合。     

扩散退火和热轧温度对钛铜界面结合强度的影响

对热挤压的钛铜复合棒进行扩散处理,研究扩散退火温度及保温时间对界面结合强度的影响,并通过测试Ti和Cu在高温下的拉伸性能来选择较为合适的热轧温度。结果表明:扩散退火可有效促进界面处金属原子的扩散和增强结合强度,当扩散退火在780～800 ℃/30 min时复合界面的结合强度最高;钛铜复合棒热轧温度应选择780 ℃较为合适,此时Ti、Cu的强度和塑性指标相近,利于热轧时的均匀变形;钛铜复合棒的热轧结合机理可用N.Bay理论、热作用机制及位错学说进行解释。     

钛合金/Cu/不锈钢扩散焊界面化合物生长行为解析

采用拉伸、SEM扫描、能谱分析、XRD测试、热–动力学解析等手段,调查、研究了钛合金/Cu/304 扩散焊接头的力学性能、反应相种类、生成顺序及生长厚度. 结果表明,在焊接压力5.0 MPa下,接头的抗拉强度随焊接温度和时间的增加先增高后降低,在焊接温度1 223 K、时间3.6 ks时获得最高接头强度为163 MPa;过分提高温度和时间对接头性能不利. 用铜作中间层,在Cu/304界面侧基本未生成金属间化合物,而在钛合金/Cu界面间形成了由固溶体、金属间化合物Ti_xCu_y,Ti_xFe_y等组成的多层次过渡组织;由钛合金至不锈钢侧界面结构演化依次大致为Ti₂Cu,TiCu,TiCu₂,TiCu₃,TiCu₄,Ti₂Fe、FeTi,TiFe₂金属间化合物;生成的金属间化合物中Ti_xCu_y对接头强度的影响略显强于Ti_xFe_y化合物的趋势;根据推导的经验公式,通过调控温度及时间可以调控金属间化合物的层厚.