CVD金刚石膜的钎焊界面反应层及微结构

借助扫描电镜和电子探针,分析了金刚石与Ag-Cu-Ti活性钎料界面反应层的微观组织结构、界面新生化合物的形成机理以及焊接工艺条件对界面结构的影响,建立了钎焊接头界面结构物理模型。结果表明,在一定的钎焊工艺条件下,金刚石/钎料界面存在灰色的新生化合物TiC,与TiC相邻的是蜂窝状的TiCu相;接头断裂不仅仅发生在TiC相中,有时断裂也发生在TiCu层。钎焊加热温度、保温时间、钎料层的含Ti量对CVD金刚石厚膜与硬质合金的接头结构模型有重要影响。

SiC_P/ZA22复合材料界面反应层形成机制

通过电镜观察和扫描能谱分析，发现在ＳｉＣＰ／ＺＡ２２复合材料中，ＳｉＣ颗粒和ＺＡ２２合金富铝相α－Ａｌ两相界面上存在着层状反应物ＭｇＡｌ２Ｏ４，并对其产生条件进行了分析。结果表明：在该复合材料制备温度范围内满足产生ＭｇＡｌ２Ｏ４的热力学条件，反应层厚度符合Ｓ＝Ａｔ规律，最终反应物量主要与合金中的Ｍｇ含量以及ＳｉＣ颗粒表面的ＳｉＯ２层厚度有关。

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制.结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al 2Cu、AlCu、Al 4Cu 9.轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒.8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.

TiAl合金与42CrMo钢钎焊接头界面反应层成长及其对力学性能的影响

在1143～1213K、120～1500s参数范围内以Ag-Cu-Ti箔为钎料对TiAl合金与42CrMo钢进行了真空钎焊试验。采用光学显微镜、扫描电镜、元素面扫描和能谱分析等方法对界面组织进行了分析,测量了界面反应层厚度。分析了界面反应层的形成过程及受控因素,计算了反应层成长的动力学参数。结果表明,接头界面反应层包括靠近TiAl合金的AlCuTi+Ti3Al层、AlCu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层,其成长活化能分别为324.97、207.97、338.03kJ/mol。TiAl合金与钎料的界面反应层受控于液态钎料中的Cu元素,成长较快;42CrMo钢与钎料间的TiC层受控于固态钢中C元素,成长较慢。脆性反应层AlCuTi+Ti3Al层厚度为3.3μm时接头强度最高,脆性层厚度继续增大,接头强度显著下降。

W/SiC界面反应层对SiC纤维拉伸断裂行为的影响

采用直流电热化学气相沉积(CVD)法制备出高强度SiC纤维(W芯),采用拉伸试验、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对SiC纤维的强度、相组成、断口特征及微观结构进行了分析。结果表明,CVD-SiC纤维主要由β-SiC组成;制备过程中W芯同SiC发生化学反应,产生厚度约300nm的界面反应层,且反应层处存在着较大的残余拉应力;高强度SiC纤维裂纹产生于W/SiC界面反应层处,而低强度SiC纤维的裂纹源多处于W芯内部或纤维表面。

预镀层不锈钢/铝异种金属高频感应钎焊接头界面及力学性能分析

文中通过热浸镀一层纯铝到不锈钢表面,再对0Cr18Ni9不锈钢和LF21铝合金采用高频感应钎焊.当热浸镀时间从10 s增加到50 s时,镀层厚度从7μm增加到20μm,反应层由Fe Al3向Fe2Al5发生转变.在热浸镀温度为750℃,浸镀时间为10 s时,镀层成型最好,高频感应电流为270 A,加热时间30 s时,抗拉强度达到167.12MPa,比不浸镀的接头强度高63.8%.主要是因为镀层限制钢中的Fe原子和Al-Si钎料中的Al,Si原子的相互扩散,在热浸镀不锈钢与铝合金反应中使Fe_2Al_5转化为Fe(Al,Si)_2固溶体而未形成5-Al_8Fe_2Si化合物,降低了界面上硬脆化合物的含量,力学性能随之提高.

纤维C涂层对SiC_f/Ti6Al4V界面及拉伸性能的影响

通过对SiC纤维增强Ti6Al4V复合材料的拉伸试件断口与界面观察,研究了SiC纤维C涂层对基体与纤维元素扩散、界面反应层厚度与成分、拉伸断口的影响。结果表明,与纤维无C涂层的SiCf/Ti6Al4V相比较,有纤维C涂层的SiCf/Ti6Al4V界面结合强度较弱、反应层厚度较厚,涂层能有效防止纤维性能在复合过程中下降,提高了复合材料拉伸强度。

利用金属间化合物增强陶瓷钎焊接头——接头组织与界面反应

为了提高Si3N4陶瓷连接接头高温性能及减小接头因热膨胀系数不匹配而产生的应力,采用Ag Cu Ti钎料和NiTi复合中间层进行半固态连接。接头组织观察表明,钎缝主要由NiTi(Cu)金属间化合物和Ag Cu基体组成。研究表明,Ni与Ti的加入量对于钎缝中金属间化合物的形态及钎缝与母材界面反应层的形成具有十分重要的影响。

SiC/Mo界面反应的微观结构及对Mo力学性能的影响

采用XRD、SEM分析测试方法研究在600~1200℃和1800℃真空热处理2 h条件下SiC/Mo界面反应层微观结构,并对SiC/Mo界面反应前后Mo金属的力学性能进行比较。研究表明：在800和1000℃热处理后,Mo与SiC分解的C在表面反应生成Mo2C;在1200℃热处理后Mo表面出现了Mo2C和Mo3Si相,以亚微米颗粒状反应层结构存在;当1800℃热处理后出现了Mo5Si3、Mo5Si3C以及扩散未分解的SiC。采用EDS方法在SiC/Mo界面反应层的断口处确定出Si扩散深度大于C。在600~1200℃热处理后,SiC/Mo界面反应对Mo金属的维氏硬度和延伸率均增大,而拉伸强度改变较小。

活性元素Ti在CBN与钎料结合界面的特征

通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了Ag-Cu-Ti钎料中的活性元素Ti在钎料与立方氮化硼(CBN)磨粒高温钎焊结合界面的扩散现象,并运用动力学分析对界面反应层的生长过程及反应激活能进行了探讨。结果表明:钎焊过程中,钎料中的活性元素Ti明显向磨粒侧扩散偏聚并发生化学反应,实现了磨粒与基体材料的牢固结合;钎焊CBN磨粒表面生成的TiB2和TiN化合物形貌接近平衡状态下生长的理想形貌;界面反应层在钎焊温度1153K～1193K,保温时间5min～20min之间依据抛物线生长法则所得扩散激活能值表明其生长过程主要受新生TiN影响。

铝合金与不锈钢电阻点焊接合界面区的组织特性

采用热补偿工艺垫片电阻点焊法对铝合金A5052与不锈钢SUS304异种材料进行了焊接.通过电子显微镜对接合界面区进行了观察,并分析了所生成反应物的微观结构及分布等组织特性.结果表明,一锯齿状反应层在接合界面生成,其主要由Fe2Al5和FeAl3组成;反应层厚度随焊接电流以及界面上位置的变化而变化.另外,在界面附近的铝合金内也观察到块状反应物生成,根据衍射斑点解析及成分分析结果得知这些块状反应物是晶格常数a=2.451 nm和c=0.758 nm六方结构的Al-Fe-Cr间非平衡相.

铝合金/不锈钢预涂层钨极氩弧熔钎焊接头的特性

通过在不锈钢表面预涂钎剂层,采用铝硅共晶钎料实现铝合金/不锈钢TIG熔钎焊连接,获得具有熔焊与钎焊双重性质的对接接头,运用OM、SEM、EDS分析接头的微观组织及成分,通过拉伸实验评定接头的力学性能。结果表明:铝母材局部熔化,与液态钎料混合后凝固形成焊缝,焊缝组织主要由α(Al)基体和在晶界析出的Al-Si共晶相组成;不锈钢不发生熔化,液态钎料与不锈钢在界面反应形成不均匀分布的金属间化合物层,最大厚度不超过10μm,界面上部金属间化合物较厚,呈锯齿状,主要相成分为α(τ5)-Al7.4Fe2Si;界面下部金属间化合物较薄,呈细须状,由α(τ5)-Al7.4Fe2Si+α(Al)混合相构成;接头的平均抗拉强度为90.6MPa,焊缝/不锈钢界面下部为连接的薄弱环节,成为断裂的起始位置。

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头界面断裂行为分析

采用TIG电弧的方法实现了钛合金与铝合金熔钎焊连接,分析了不同焊丝形成的熔钎焊接头的界面组织和断裂特征.结果表明,纯铝接头界面为单一的TiAl3相,裂纹主要沿着TiAl3反应层与焊缝之间的界面扩展.拉伸时首先从坡口拐角启裂,当裂纹扩展至接头反面时,断裂扩展形式转变为从焊缝金属撕裂,接头抗拉强度为139MPa.添加Al-Cu-La焊丝的接头界面结构为TiAl3+Ti2Al20La双化合物层,拉伸时沿TiAl3反应层与钛合金界面开裂,以界面内的微裂纹为裂纹源并向反应层内扩展,属于准解理断裂,接头抗拉强度达270 MPa.稀土La元素作用下形成的双化合物层是提高接头强度的关键.

液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织性能的影响

研究液固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织和性能的影响,并对Al/Cu双金属界面的形成机理进行讨论。结果表明:液固体积比为3:1时Al/Cu双金属材料无法形成有效的冶金结合,当液固体积比超过5:1时,Al/Cu双金属材料连接区域部分位置开始发生冶金结合;在发生冶金反应的情况下,Al/Cu双金属界面面均由Al4Cu9层,AlCu层,Al2Cu层和共晶反应层4层组成;随液固体积比增大,由于凝固时间延长和铜基体的溶解增加的共同作用,共晶反应层组织出现先粗大后细化的变化。Al/Cu界面层的硬度在140~190HV之间,未呈明显的规律性,随着液固体积比的增大,Al/Cu双金属材料的剪切强度先增加后减小,并在在7:1时达到最大值(81 MPa),且均从金属间化合物(IMCs)层发生断裂。

镀Cu层调控AZ31B/TC4激光熔钎焊接特性

采用钛表面电镀铜作为中间层,开展镁(AZ31B)/钛(TC4)对接激光填丝熔钎焊,对镁/钛非互溶不反应焊接体系进行调控.主要研究了激光功率对镁/钛接头焊接质量的影响规律,进一步分析了不同工艺参数条件下镁/钛界面组织及接头力学性能.结果表明,铜镀层提高了熔融焊丝在母材表面的润湿铺展并卷入到焊缝组织中,随着激光功率的增加,镁/钛界面形成Ti3Al反应层的能力提高,界面结合强度随之提高.在较高激光功率1 700 W时,接头拉伸载荷最高达到3 085 N,为镁母材的76.2%,而接头在较高激光功率下的断裂模式也由完全界面断裂转变为部分界面断裂.

电冶熔铸WC/GCr15钢复合材料的摩擦磨损特性

选择大颗粒WC作增强相 ,采用电冶熔铸工艺制备了含 2 7%WC粒子的WC GCr15钢复合材料 ,观察了复合材料中WC颗粒与钢基体的结合情况 ;在MM 2 0 0型摩擦磨损试验机上研究了室温下复合材料同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能。结果表明 :复合材料中的WC颗粒部分溶解于钢基体相 ,两相界面形成厚达数微米的反应层 ,有效地提高了界面结合强度。电冶熔铸WC 钢复合材料的耐磨性能比基体材料GCr15钢提高了 5倍以上 ,扫描电镜下的磨痕照片显示 :大颗粒WC承担了磨损的主要载荷 ,实验中没有发生明显脱落的现象 ,说明界面结合强度在提高复合材料磨损性能方面所起的作用。

浇注温度对消失模铸造固-液复合Al-Mg双合金界面层的影响

采用消失模铸造工艺制备了固-液复合Al-Mg双合金,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等研究了浇注温度对Al-Mg双合金界面层的影响。结果表明,随着浇注温度升高,界面层厚度增加。当浇注温度为730℃时,Al-Mg双合金界面层较为致密,且厚度均匀;当浇注温度较低时,Al-Mg双合金界面层存在较多孔隙缺陷;浇注温度较高时,Al-Mg双合金界面层各处厚度不均匀。在不同浇注温度下,Al-Mg双合金铸件界面处都形成了3个不同的反应层,分别是靠近Mg基体侧的Mg17Al12+δ-Mg共晶组织层、中间的Mg_(17)Al_(12)+Mg_2Si层和靠近Al基体侧的Al3Mg2+Mg2Si层。

镍基合金/不锈钢钨极惰性气体钎焊接头的特性

选用CuSi3焊丝对镍基合金/不锈钢进行钨极惰性气体(TIG)钎焊实验,运用OM、SEM和EDS分析接头微观组织,通过拉伸实验和硬度实验评定接头的力学性能。结果表明:TIG钎焊接头具有熔焊和钎焊的双重性质,不锈钢母材局部熔化,生成Fe基熔合区;在接头搭接区及镍基合金母材与焊缝金属之间存在界面反应层,反应层可分为熔化未混合区、Ni基树枝晶和晶间Cu基区;焊缝区为Cu基体上分布着颗粒状Fe基固溶体;CuSi3接头剪切强度达到195 MPa,接头断裂于焊缝与不锈钢界面处,断口为微孔聚合机制引起的塑性断裂;在界面处硬度值发生突变,Ni基树枝晶硬度值达到HV433.3,不锈钢熔合区中的Fe基体硬度值达到HV453.4,近界面处焊缝区Cu基体硬度值为HV150。

采用Ag-Cu-In-Ti钎料真空钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合陶瓷与铌

设计了Ag-（15~26）Cu-（13~20）In-（3.1~6.9）Ti活性钎料,分别在780℃/20 min,780℃/40 min和800℃/10 min三种参数下实现了SiO_（2f）/SiO_2复合材料与铌的连接,分析了接头微观组织,测试了接头室温抗剪强度.其中800℃/10 min钎焊参数下的接头平均抗剪强度最高,达到21.6 MPa;微观分析结果表明,接头中靠近SiO_（2f）/SiO_2母材界面处形成了厚度约为2μm的连续扩散反应层,靠近铌的界面钎料与母材也形成了良好的结合.该钎焊参数下接头界面物相依次为：SiO_（2f）/SiO_2→TiO＋TiSi_2→TiO＋Cu_3Ti→Ag（s,s）＋Ag_3In＋Cu（s,s）→Nb.

采用Ag-Cu-Ti钎料真空钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合陶瓷与C/C复合材料

分别在880℃/10min和880℃/60min规范下,采用Ag-Cu-Ti活性钎料实现了SiO2f/SiO2复合陶瓷与C/C复合材料的真空钎焊连接,通过电子探针(EPMA)、能谱仪(XEDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了接头微观组织,室温下测试了接头的抗剪强度。结果表明:两种规范下所得接头界面结合良好,接头中靠近两侧母材均形成了一层扩散反应层,钎缝基体主要由均匀的共晶组织组成。880℃/10min规范下钎焊接头界面产物依次为:SiO2f/SiO2→Ti4O7→Ti5Si4+Cu(s,s)+Ag-Cu共晶合金→TiC→C/C;对于880℃/60min规范下的接头,界面组织结构与保温10min的接头基本类似,但是不存在Cu(s,s),并且接头反应层明显增厚。880℃/60min条件下所得钎焊接头剪切强度平均值为16.6MPa。