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。

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.

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.

铝基复合材料液相扩散焊接头区陶瓷颗粒/金属(P/M)界面的弱化、强化与断裂模式

本文观察了采用纯Cu箔的Al2O3p/Al复合材料液相扩散焊接头外观成形与断口特征发现:对接处周边存在一定的溶蚀与流失;断口上Al2O3颗粒既未破裂,也无粘结物生成,表面呈光滑状。断口特征表明,陶瓷颗粒/金属(P/M)界面结合弱而呈界面脱粘断裂方式(debonding fracture mode)。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,要求其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;研究了Ti的添加及含量对P/M弱界面的强化效果。所设计的Cu-(1～10wt.%)Ti系中间层在600℃均被顺利液化,并使Ti可以顺利地与Al2O3颗粒增强相反应;Ti的添加可以缩短液相流失距离;特别是避免了承载时P/M界面出现界面脱粘的断裂模式。当Ti的含量较低时,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的含量较高时,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,但Ti的过量添加会引起基体脆化,焊接面周边的环状缺口窄而深。

Al/Ti/Al复合层原位生成金属间化合物连接陶瓷

用Al/Ti/Al复合层作连接材料,通过连接温度下原位生成金属间化合物真空连接Si3N4陶瓷。研究了Al与Ti的厚度匹配和工艺参数对接头显微组织及其强度的影响和接头的形成过程。结果表明:当原位生成的连接层金属组织为Al3Ti/Ti/Al3Ti时,由于纯金属间化合物Al3Ti脆性大,且其与剩余Ti片的结合强度低,陶瓷接头强度低;当连接层金属组织为大量Al3Ti颗粒加少量Al基固溶体时,连接层金属能获得良好的强化效果,与用纯Al连接的接头相比,接头室温和高温强度显著提高。Al与Ti的厚度匹配和连接参数适当时,接头室温和600℃剪切强度可分别达到89.4MPa和29.7MPa。

降低陶瓷与陶瓷或金属连接温度的技术

为降低陶瓷与陶瓷或金属的连接温度 ,目前采用的连接方法有过渡液相扩散连接、半固态连接、机械连接、粘接、铟封和陶瓷表面低温改性后低温钎焊等。本文从上述连接方法的原理设计、连接材料设计与制备、接头性能及各自的优缺点等方面综述了陶瓷与陶瓷或金属低温连接研究的现状。

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si_3N_4陶瓷结合机理

通过接头界面结构分析和强度测试研究了 Ti/ Ni/Ti复合层过渡液相 (TL P)扩散连接 Si3N4陶瓷的结合机理。结果表明 ,Ni- Ti过渡液相存在时间短 ,在此期间形成的界面结合强度低 ;但通过施加足够大的压力 ,能保证液相凝固后连接层金属与陶瓷之间形成大量的扩散通道 ,为进一步固态扩散反应提供了良好的条件。固态反应充分且强度高的接头结合区的显微结构为 :Si3N4/ Ti N/ Ti5 Si3+ Ti5 Si4+ Ni3Si/Ni Ti/ Ni3Ti/ Ni。界面高强度结合的标志是形成了一层连续的 Ti N。

N5单晶高温合金TLP扩散连接头的组织与性能

采用自制镍基非晶箔片KNi3A对N5单晶高温合金进行过渡液相扩散连接,连接工艺为真空环境中1513 K保温0.25~24 h,对性能样品进行标准热处理。利用扫描电镜对接头的组织结构进行观察和分析,研究焊缝组织随保温时间延长的变化规律,阐述焊缝和母材中γ’相长大和球化机制,并对接头进行高温持久性能测试。结果表明,接头区域由连接区、扩散区和母材区组成;随保温时间的延长,上述3区的界线由于等温凝固过程而逐步变得不明显,并最终得到趋于一致的微观组织,热处理后接头1000℃在125 MPa持久寿命可达母材的90%以上。

先进航空焊接技术

从先进航空发动机焊接技术的发展趋势看，过渡液相扩散连接（TLP—DB）、焊接修复及增材制造技术、激光（复合）焊接技术和焊接表面完整性（焊缝性能恢复及增强技术）等会成为今后新结构、新材料连接技术的重要发展方向。

铜中间层1420铝锂合金TLP工艺试验

采用铜作为中间层,进行1420铝锂合金过渡液相扩散连接工艺试验研究.分析扩散连接参数对接头组织及剪切强度的影响规律.

工艺参数对IC10单晶TLP接头组织和性能的影响

采用自制镍基非晶合金箔带KNi3A,在1 240℃对IC10单晶进行过渡液相扩散连接.利用扫描电镜对接头组织进行观察和分析,研究了不同焊接参数下获得的焊缝组织,并对接头进行了高温拉伸和高温持久性能测试.结果表明,当焊缝间隙为0.04 mm时保温10 h,接头组织与母材相同,接头高温力学性能良好;焊缝间隙为0.04 mm保温6 h和焊缝间隙为0.08 mm保温10 h时,无法获得完全等温凝固组织的接头,接头中存在共晶组织和化合物相,接头高温力学性能较差.