金属基复合材料过渡液相(TLP)扩散焊中间层设计的改进

为防止复合材料过渡液相(TLP)扩散焊焊缝中心区域出现增强相偏聚,归纳总结了5种中间层设计的改进方法:(1)适当减小中间层厚度;(2)采用合金型中间层;(3)加覆(镀)阻挡层;(4)中间层材质的优化;(5)减少液态金属的挤出量。评述了各种方法的优缺点。

AZ31B/Cu异种金属过渡液相扩散焊接头的显微组织及性能

采用过渡液相扩散焊技术对镁合金AZ31B和Cu异种金属进行焊接,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度测试及X射线衍射(XRD)对AZ31B/Cu接头界面附近的显微组织及性能进行研究。结果表明,在500℃、40 min、2.5 MPa条件下,AZ31B/Cu接头形成了宽度约为450μm的扩散区。AZ31B/Cu材料接头的显微组织依次为α-Mg和沿其晶界析出相Mg17(Cu,Al)12组成的晶界渗透层/(α-Mg+Mg2Cu)共晶层/Cu2Mg金属间化合物层/(α-Mg+Mg2Cu)共晶层/Cu(Mg)固溶体。随着保温时间的延长,界面区宽度增加,其中Cu2Mg两侧的共晶组织区的增加更为显著。界面区的显微硬度明显高于镁合金和铜基体的显微硬度,界面区明显存在4个不同的硬度分布区;随着保温时间的延长,界面区的显微硬度提高。

TiAl/IN718合金过渡液相连接

采用过渡液相TLP(TransientLiquidPhase)连接技术 ,以金属Ti,Cu ,Ni箔构成复合焊料连接TiAl和IN71 8合金 .研究了保温时间对接头界面结构的影响 .实验结果表明 :采用Ti Cu ,Ti Ni复合焊料可以制备无缺陷的接头 ,但 2种焊料形成液相的过程和机理不同 .由于在等温凝固过程中 ,从IN71 8合金中扩散过来的合金元素可在焊缝区聚集 ,从而在接头中形成亚层结构 .通过对接头焊缝区的组织分析和硬度测试表明 ,在实验条件下Ti Ni焊料的等温凝固过程持续时间比Ti

铝基复合材料/低碳钢异种材料过渡液相扩散焊

用市售厚约50μm的纯铜箔作中间层在590℃分别保温30 min及2h进行了铝基复合材料/低碳钢异种金属过渡液相扩散焊试验。结果表明,薄弱界面并非钢/中间层界面,而在于Al MMC/残留中间层一侧界面;液相优先溶解铝基复合材料的棱边而形成明显的环状缺口将导致应力集中;被挤出的多余液相全部流布于铝基复合材料的外表面,而未曾流向钢一侧。断口分析表明,接头沿残留中间层内部(压力较低时)及AlMMC的表层区断裂(压力较高时);Fe向残留中间层内发生了过渡的溶解,足以形成金属间化合物,由此导致接头强度均很低。

单晶高温合金的过渡液相扩散焊

为了探明单晶过渡液相(TLP)扩散焊接头组织与性能的关系,采用扫描电镜(SEM)研究接头微观组织,并进行力学性能测试.结果表明,接头由连接区和基体区所组成.当等温凝固过程未完成时,连接区由等温凝固区和快速凝固区组成,而等温凝固区主要由γ和γ'相组成,快速凝固区主要是由共晶组织组成.当等温凝固完成而固态均匀化过程不充分时,连接区由等温凝固区和分布在接头中心的硼化物相组成.采用低温等温凝固,高温固态均匀化的焊接工艺可以获得高性能的接头.

Super-Ni叠层复合材料与钛合金过渡液相扩散焊界面组织特征

以铜箔为中间层,对Super-Ni叠层复合材料与Ti-6Al-4V钛合金进行过渡液相扩散焊.通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度测试对接头的界面组织及性能进行分析.结果表明,铜箔中间层阻止了钛与镍的扩散接触,防止了Ti-Ni脆性金属间化合物的生成.扩散焊接头由Super-Ni侧扩散层、中间反应层、钛侧扩散层三个特征界面层组成.界面处Ni,Al原子扩散缓慢,Cu,Ti原子充分扩散反应,在中间反应层与钛侧扩散层之间形成由TiCu相组成的锯齿状界面,在钛侧扩散层生成细小的Ti_2Cu相,接头过渡区显微硬度最高达600 HV0.5.

Ni_3Al单晶高温合金过渡液相扩散焊工艺

采用KNi3中间层,对Ni3Al单晶高温合金进行过渡液相扩散焊,分析不同焊接保温时间的接头和基体组织的变化,测试接头的高温持久性能.结果表明,1 240℃保温12 h,TLP扩散焊接头局部区域有少量的γ+γ'共晶组织及小块状的硼化物组织,其它区域均为与基体组织一致的γ+γ'双相组织;基体γ'相由四方形转变成不规则状.焊接接头在1 000℃高温持久强度达到标准状态的基体强度90%.试样组织出现γ'相筏形化,焊缝区域筏形组织粗化,且形状不规则,与持久应力方向呈一定角度.

N5单晶过渡液相扩散焊接头微观组织研究

为了提高N5单晶高温合金过渡液相(TLP)扩散焊接头的力学性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)研究接头微观组织,以及TLP扩散焊过程中基体组织的变化。结果表明,接头由连接区和基体区所组成,未发现明显的扩散区特征。连接区由等温凝固区和快速凝固区组成。快速凝固区主要是由接头中心的硼化物、γ和γ'相的三元共晶,及靠近等温凝固区的γ和γ'相二元共晶组成。快速凝固区可以通过延长保温时间的方法予以消除。TLP扩散焊过程对基体组织有重要影响。随着焊接温度升高、焊接时间延长,基体内的γ'相尺寸增加。

SiC纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究

针对S iCf/TC4钛基复合材料,进行其过渡液相扩散焊试验,并进行接头组织研究。结果表明:在试验条件下,采用自制的纤维+TiZrCuN i合金的复合中间层,通过合金与纤维的扩散,形成一紧密结合的界面,获得与母材接近的接头组织,实现钛基复合材料的成功连接。

精密连接——真空扩散焊和过渡液相连接的实验研究

针对新型电真空器件研制过程中的精密连接要求,进行了无氧铜真空扩散焊、过渡液相连接工艺实验。并应用氦质谱检漏仪、测量显微镜、金相显微镜、扫描电子显微镜对扩散焊试样进行分析,并进行了不同扩散温度、不同扩散时间的对比实验。实验表明:在相同工艺参数下,无氧铜直接扩散连接能获得可靠的扩散焊接头,内部结构变形量1~12μm,漏率5×10-4 Pa·m3s-1,且在相同扩散压力条件下,不能通过提高扩散温度,延长扩散时间的方法获得气密性接头;过渡液相连接接头可达到气密性要求(QL【5×10-9 Pa·m3s-1),变形量5~15μm,镀银层充分扩散到母材中。

单晶过渡液相扩散焊接头单晶化机理

为了探明单晶高温合金TLP扩散焊接头单晶化机理,采用扫描电镜(SEM)、背散射电子(BES)和背散射衍射(EBSD)分析接头微观组织.结果表明,接头内形成贯穿型晶界和等轴晶粒是接头无法实现单晶化的主要原因.在实际焊接过程中,应严格控制试样加工、中间层添加、装配、焊接等工序.在等温凝固阶段,液相依附于固态单晶基体以平面晶的方式外延生长,直至液相消失,界面上形成具有一致晶体取向的一块单晶,随着保温时间的延长,固态均匀化过程充分进行,冷却后将形成单晶化的接头.

工艺参数对过渡液相扩散连接TiAl基合金界面组织及接头强度的影响

采用Ti/Cu复合箔中间层过渡液相连接TiAl基合金,研究了连接工艺参数对接头界面组织、等温凝固过程及接头强度的影响。结果表明,当连接温度1 050℃时,保温时间30min或60min,接头界面呈层状结构,且有较多Ti2Cu相生成,等温凝固没有完成。延长保温时间至120min或240min时,层状结构消失,Ti2Cu相完全转化为AlCuTi相,等温凝固完成。当连接温度1 150℃时,保温时间5min即可完成等温凝固,继续延长保温时间界面组织更加均匀。当连接工艺参数为1 150℃/15min时,获得接头的室温及800℃高温抗剪强度最高,分别为269MPa和220MPa。接头主要断裂于连接接头的中间区域。

铝基复合材料过渡液相扩散焊接接头金相组织

焊接材料:母材SiC/606lAl;填充材料Zn-Al-Cu;

AlN陶瓷/Cu异质材料低温过渡液相扩散连接

为了实现AlN陶瓷与Cu的低温连接、高温服役的目标,满足高温功率器件的服役需求,设计了一种连接方法,在350℃的大气环境下采用超声辅助熔焊的方式在AlN陶瓷表面熔覆了Sn-Al-Cu活性钎料层,之后将熔覆活性钎料的AlN陶瓷与Cu在保温温度300℃下进行过渡液相(transient liquid phase,TLP)扩散连接;利用扫描电子显微镜、能谱仪以及透射电子显微镜对显微组织及相结构进行分析;采用万能材料试验机对试样进行力学性能测试.结果表明,熔覆时间180 s时的活性钎料与AlN陶瓷实现了良好的结合,在AlN陶瓷/活性钎料界面处观察到一层由超声作用下吸附在AlN陶瓷表面的Al被氧化,并在较大的过冷度下形成厚度约为20 nm的非晶Al;O;层;保温时间60 min时焊缝中的Sn全部转变为Cu;Sn与Cu6Sn5;保温时间为240 min时形成焊缝全部由Cu;Sn构成的接头.AlN陶瓷/Cu接头抗剪强度随保温时间的延长而下降,全部由Cu;Sn构成的接头的抗剪强度约为31 MPa,断裂发生在Cu;Sn/AlN陶瓷界面处,形成了全金属间化合物的AlN陶瓷/Cu接头.

单晶高温合金过渡液相扩散焊等温凝固动力学研究

针对航空发动机对单晶高温合金叶片高性能焊接技术的需求,采用镍基非晶箔带KNi3A对IC9单晶高温合金进行过渡液相(TLP)扩散焊接。利用扫描电镜观察接头组织,分析了工艺参数对接头组织的影响,阐明了温度对接头凝固动力学的影响机制。结果表明:温度升高一方面可以提高溶质扩散系数,另一方面会减小界面处固相中溶质浓度梯度,使扩散速率随温度升高先增大后减小,从而使凝固完成时间随温度升高先缩短后延长。研究成果可为单晶叶片焊接提供必要的理论依据,对航空发动机制造技术发展有一定的借鉴意义。

大气中低温液相过渡连接Al_2O_3陶瓷与WX60钢的研究

用快速凝固合金薄膜作插入金属在大气中低温液相过渡连接Ａｌ＿２Ｏ＿３陶瓷与低合金钢。接头的剪切强度及开焊温度试验结果表明：用快速凝固合金薄膜作插入金属时能明显地提高接头的剪切强度及开焊温度。其中用非晶态Ｃｕ＿（５０）Ｔｉ＿（５０）合金薄膜作插入金属时接头的改性效果最佳，最高剪切强度达７４ＭＰａ，开焊温度为７８０℃。保温时间对接头的强度及开焊温度影响很大，接头的开焊温度随保温时间的延长而明显提高，但对强度而言，保温时间却存在一个最佳范围。

GH3230合金TLP扩散连接动力学实验研究

过渡液相(TLP)扩散连接能够获得与母材组织性能相似的焊缝,因而成为航空发动机热端部件镍基高温合金结构的重要连接技术而被广泛应用。TLP扩散连接过程中液相的等温凝固形成不含析出物的固溶体组织是TLP扩散连接机制与过程动力学的核心环节,采用自行研制的镍基非晶态中间层针对GH3230合金的TLP扩散连接过程进行了研究试验,重点分析了不同连接时间条件下TLP扩散连接焊缝区域的元素扩散和分布特征,以中间层中Co元素为示踪原子,根据GH3230合金与中间层材料中的Co元素的含量分布状态判定等温凝固阶段前的液相最大宽度及等温凝固完成时间等重要参数,结果表明:液相最大宽度为72μm,GH3230合金在1180℃的焊接温度下TLP扩散连接等温凝固完成时间大于4 h。

铝基复合材料的活性液相扩散焊新工艺

为优化中间层合金系的设计,对液相扩散焊过程中陶瓷颗粒/金属(P/M)界面的弱化、强化及断裂模式进行了研究,发现在采用纯Cu箔的Al2O3p/Al复合材料液相扩散焊件的剪切断口上,Al2O3颗粒未破裂,断口上所有Al2O3颗粒及部分金属表面光滑,无粘结物生成,表明P/M界面结合弱而呈"界面脱粘"断裂方式.为此,提出了一种旨在改善P/M弱界面润湿性的新工艺——活性液相扩散焊,要求所用中间层内必须同时含有降熔元素及可与陶瓷增强相反应的活性元素(Ti).当Ti含量较低时,Al2O3颗粒增强相表面上出现细微、凹凸不平且不连续的界面粘结物(反应物);当Ti含量较高时,P/M界面可形成强力结合,剪切测试中足以使一些陶瓷颗粒本身破裂.

高效焊管新工艺——金属管液相扩散焊

采用镍基非晶态箔带作中间层,在加压情况下(约几MPa)使之熔化、保温,进行了钢管瞬间液相 (TLP)扩散焊试验。结果表明,可以获得无夹杂的致密界面;接头过渡区的最终厚度显著变薄;焊后中间层主组元由焊前的Ni变为Fe;容易获得性能合格接头。值得指出的是,焊接时间约为3min,远低于手弧焊所需时间。

日本T91钢管液相扩散焊技术的研究发展

作为不锈钢的替代材料,改良型9Cr1Mo钢管T91(9Cr1MoNbVN)在电站锅炉行业的应用越来越多。介绍了日本开发的钢管液相扩散焊技术及其在T91钢管焊接方面的应用情况。与现行T91钢管的弧焊工艺相比,工艺简单的液相扩散焊技术具有无需预热、无需监控层间温度、自动化程度高、生产率高、回火处理容易等优点。