Interface structure and formation mechanism of diffusion-bonded joints of TiAl-based alloy to titanium alloy

Vacuum diffusion bonding of a TiAl based alloy (TAD) to a titanium alloy (TC2) was carried out at 1 273 K for 15～120 min under a pressure of 25 MPa . The kinds of the reaction products and the interface structures of the joints were investigated by SEM, EPMA and XRD. Based on this, a formation mechanism of the interface structure was elucidated. Experimental and analytical results show that two reaction layers have formed during the diffusion bonding of TAD to TC2. One is Al rich α(Ti)layer adjacent to TC2,and the other is (Ti 3Al+TiAl)layer adjacent to TAD,thus the interface structure of the TAD/TC2 joints is TAD/(Ti 3Al+TiAl)/α(Ti)/TC2.This interface structure forms according to a three stage mechanism,namely(a)the occurrence of a single phase α(Ti)layer;(b)the occurrence of a duplex phase(Ti 3Al+TiAl)layer;and(c)the growth of the α(Ti)and (Ti 3Al+TiAl)layers.

SiCp/Al-Si基复合材料界面结构调控及强化机制的研究进展

SiCp/Al-Si基复合材料具有高的比强度、比刚度、比模量,良好的导热、导电、耐磨性及尺寸稳定性等优点,作为结构功能性材料应用于空间工程、电子封装、交通运输和精密仪器等领域。其研究热点主要集中在界面结构调控、强化机制及性能调控等方面。在SiCp/Al-Si复合材料中存在着增强体与基体界面、析出相与基体界面、析出相与增强体界面,这些界面受各种因素影响,会出现多种界面反应和界面产物,界面结构和结合状态复杂而多样。基于此,本文综述了制备工艺、基体合金成分和SiCp表面改性等方面对SiCp/Al-Si基复合材料界面结构的影响及调控,并总结了影响其力学性能的因素及强化机制的研究现状,最后对复合材料未来的发展及研究方向进行了展望。

锻造变形对扩散连接TC4钛合金的影响

本文开展了TC4钛合金棒材扩散连接及锻造工艺实验,研究了锻造变形量对扩散连接界面显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,采用950℃、140 MPa、4 h的扩散连接工艺,TC4钛合金连接界面实现了冶金结合,合金强度达到母材强度的95%以上,延伸率为7%,合金在扩散区发生脆性断裂。扩散连接的TC4钛合金经过高温锻造后,扩散连接界面完全消失,显微组织由等轴α相、次生α相与少量的β相组成;随着锻造变形量的增加,等轴α相的尺寸逐渐降低、次生α相体积分数增大,合金强度呈现升高趋势;当变形量为40%时,等轴α相和次生α相含量达到较优匹配度,抗拉强度达到950 MPa,延伸率达到17.5%,锻造后合金的断裂方式转变为韧性断裂。

钨合金/不锈钢的低温扩散连接及界面组织性能

通过低温扩散连接方法实现钨合金(90W-7Ni-3Cu)与304不锈钢的高性能连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电子探针(EPMA)分析连接界面的微观组织及元素扩散与分布行为,采用拉伸试验测试连接界面的力学性能。研究结果表明:在800~950℃、压力20 MPa、保温120 min的条件下,可以实现90W-7Ni-3Cu合金与不锈钢的有效连接;当连接温度为900℃时,连接界面抗拉强度达到最大值168 MPa;连接界面结合紧密,无裂纹等缺陷。钨合金与不锈钢界面原子形成了充分的互扩散,不锈钢中的W、Fe、Cr、Ni和Si元素借助空位以及点缺陷扩散到了钨合金一侧的钨中,形成了富含W、Fe、Cr、Ni和Si元素的扩散层。900℃连接样件的断裂发生在钨合金一侧,可以观察到钨合金基体的六角形晶界并且其表面覆盖有粗糙的黏着物,黏着物为原子扩散所形成的扩散层。不锈钢中的Cr、Fe元素以固溶的方式扩散到了钨合金的(Ni,Cu)相中,提高连接界面强度。

粉末冶金锌铝合金的扩散行为

研究了用粉末冶金法制备的Zn-5Al试样在各种实验条件中的变化及其有关的界面作用,讨论了Zn-Al共析组织的形成机理.结果表明,锌粉和铝粉颗粒表面的氧化物层严重阻碍合金化的进行;原子沿晶界(相界)和自由表面的扩散在共析组织的形成过程中起到了关键性的作用;锌能溶入铝中,而铝几乎不能溶入锌中,共析组织出现的范围受到原来铝粉颗粒尺寸的限制;锌粉和铝粉扩散形成共析组织实际是柯肯达尔效应的一种应用,空位扩散机制在起作用.

TiAl/40Cr扩散连接接头的界面结构及相成长

在 1173～ 1373K、0 .3～ 5 .4ks的接合条件下对TiAl金属间化合物与 4 0Cr钢进行了真空扩散连接。采用扫描电镜 (SEM )、电子探针微区成分分析 (EPMA)、X射线衍射分析 (XRD)等方法确定了反应相的种类和界面结构。研究结果表明 ,在 1373K的接合温度下 ,TiAl/ 4 0Cr接头生成了TiC ,Ti3 Al,FeAl和FeAl2 4种反应相 ,形成了 3个反应层 ,界面结构为TiAl/Ti3 Al+FeAl+FeAl2 /TiC/脱碳层 / 4 0Cr钢。界面总反应层的厚度随接合温度和接合时间按抛物线方程成长 ,成长的活化能Q为 2 11.9kJ/mol,成长常数k0 为 4 .6× 10 -5m2 /s。当脆性反应层厚度为 3μm时 ,TiAl/ 4 0Cr钢接头的室温拉伸强度达到 183MPa的最大值。

扩散控制台阶长大理论及其研究进展

较系统地总结了扩散控制台阶长大理论的几个重要方面，介绍了经典的台阶长大机制模型，并围绕台阶长大理论在固态相变领域内片状析出物的形成过程中的作用展开讨论，在此基础上初步介绍了扩散控制台阶长大理论的最新研究进展。

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5.0MPa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1223K、时间3.6ks时获得最高接头强度为163MPa;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TixCuy,TixFey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TixCuy对接头强度的影响略显强于TixFey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.

基于热喷涂界面微纳结构设计的涂层力学性能研究进展

热喷涂陶瓷涂层在航空航天、交通运输等众多领域具有广阔的应用前景,常见的热喷涂陶瓷涂层体系包括陶瓷层、金属/合金粘结层和金属基体。由于陶瓷层与粘结层具有较大的物化性能差异,使界面成为热喷涂陶瓷涂层易发生失效的区域,极大降低了涂层的服役寿命,遏制了热喷涂陶瓷涂层更为广泛的应用。以热喷涂界面的微观和宏观结构设计为出发点,综述了微观界面和扩散对界面力学性能的影响,总结了微米-纳米颗粒的界面结构、成分连续梯度变化的涂层结构和涂层缺陷对性能的影响。同时总结了三点弯曲、显微硬度和纳米压痕对界面力学性能的系统表征方法,并结合不同测试方法的特性,给出了对应的多尺度界面力学性能的计算公式。上述结果对设计和制备高性能复合涂层具有重要的理论意义,对延长涂层服役寿命具有实际的应用价值。

面向航空航天的金属多孔夹层结构钎焊研究现状及发展趋势

金属多孔夹层结构具有质轻,比强度、比刚度高,耐高温、耐腐蚀,消音、隔热等优异性能,在航空航天领域高端装备的应用受到越来越多的关注。钎焊法是实现金属多孔夹层结构芯体与面板连接的首选方法。然而夹芯与面板大面积钎焊过程中易产生钎料对薄壁母材溶蚀、焊合率低、焊接变形大、界面易形成连续脆性反应产物等缺陷,因此金属多孔夹层大面积钎焊仍有较大难度,迫切需要开展金属多孔夹层钎焊基础研究。国内外学者针对连接界面微区反应产物的种类和分布调控、薄壁母材的溶解预测、薄壁夹芯的焊接热变形控制等难题,研究了钎焊界面组织调控新方法、钎焊工艺–钎角形态–接头组织–接头力学性能的整体对应关系,阐明接头的组织演化规律,优化接头的力学性能,具有重要的科学意义及工程应用价值。本文从金属多孔夹层结构钎焊接头界面微区调控、基于力学性能优化的钎焊接头微观形态设计、钎焊过程对结构力学性能的影响及焊后强化方法和液态钎料对母材的溶解预测模型等国内外研究进展进行综述。

Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金异相界面结构及沉淀机制的微扩散相场法研究

基于单晶格点原子占位几率描述相变过程的微扩散相场模型,从原子尺度上研究了Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金的异相界面结构与相变过程中合金微观组织演化。结果表明:Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金沉淀初期有L_(12)和少量的DO_(22)、L_(10)有序相的析出,随着时效过程进行,形成L_(12)与DO_(22)相并存的状态;在时效过程中出现了4种异相界面结构;相变初期,以A类界面结构为主,随着有序相的生长与分解,A类界面结构数量减少而D类结构数量增多;沉淀过程中有序畴界为L_(12)相生长提供Al原子,最终合金平衡体系形成;沉淀过程中γ′相的沉淀机制是等成分有序化和失稳分解机制,θ相的沉淀机制为失稳分解机制;除此之外,Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金孕育期随温度升高而时效时间变久;Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随长程序参数增加而升高且与温度成正比关系。

纤维增强复合材料界面反应的控制

控制纤维增强复合材料的界面反应对于维持和提高复合材料性能具有重要意义.本文从界面化学反应动力学出发,首次导出了具有涂层的界面反应速率与涂层结构参数的关系.提出了涂层扩散阻挡数新概念,理论预测的扩散阻挡数与实验结果吻合.提出了控制界面化学反应的途径.

25Cr5MoA钢/Q235钢固-液复合轴界面Cr元素扩散行为

提出了金属梯度结构轴的概念.研究了固-液复合的25Cr5MoA钢/Q235钢复合轴的组织、Cr元素的扩散以及结合界面附近显微硬度的变化规律.结果表明:经过挤压变形后,25Cr5MoA钢/Q235钢界面形成了良好的冶金结合,二者结合紧密,除了组织结构的差别外,二者的结合界面已经难以区分.结合界面附近Cr元素在固-液复合时得到充分扩散,并呈现出连续分布的形态.从界面向Q235钢和25Cr5MoA钢两侧±100μm范围内,硬度呈现出均匀、连续分布.经过热处理后,随着加热温度的升高和加热时间的延长,Cr元素在结合界面附近的分布更加均匀,分布曲线在界面的斜率进一步降低,使结合界面附近25Cr5MoA钢的一侧的显微硬度大幅度降低,这有利于形成化学成分、组织以及性能的梯度变化.

45钢/25Cr5MoA/Q235钢固-固复合轴界面特性

采用热挤压方法制成45钢/25Cr5 MoA/Q235钢三层结构的复合轴,研究了结合界面的组织、Cr元素扩散和结合性能.结果表明:采用热装方式制成的25Cr5 MoA/Q235钢固-固复合坯料,在界面形成一定厚度的氧化皮,即使经过挤压和热处理后,也无法彻底消除结合界面氧化皮对结合性能的影响;采用间隙配合的25Cr5 MoA/45钢固-固复合界面,由于在挤压前经过良好的表面处理,挤压后的界面几乎没有氧化物存在,形成了较为完整的过渡区,经过高温保温过程,在结合界面会形成Cr的碳化物,对Cr和C的扩散起到阻碍作用;经过挤压后,25Cr5 MoA/Q235钢、25Cr5 MoA/45钢结合界面的结合强度均比较低.与复合板相比,复合轴结构上所具有的特点,使其即使初期结合强度较低,也不易产生剥离;经过后续热处理,通过元素的扩散过程,可以提高复合轴的结合强度.

TA22合金扩散焊接接头的组织与性能

利用真空扩散焊接方法,研究不同焊接温度对TA22合金接头组织和性能的影响,并通过焊后热处理改善接头的综合性能。结果表明:随着扩散焊接温度的升高,TA22合金扩散焊接接头的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,而伸长率和断面收缩率则表现出先升高后降低的趋势,其拐点在950℃.经850℃退火处理后,TA22合金扩散焊接接头的塑性得到明显的改善。