相变超塑性扩散连接方法及工艺研究

利用相变超塑性现象，在自制的电阻加热扩散连接试验机上，对扩散连接的方法以及热作模具钢3Cr2W8V与H13扩散连接接头的性能进行了试验研究，分析了不同条件对接头显微组织和连接效果的影响。结果表明：本试验条件安优选工艺参数连接的试样在拉断试验时，断裂发生在基体处，表明接头强度已不低于基体强度。     

TC4钛合金扩散连接工艺研究

通过正交试验研究了TC4钛合金的真空扩散连接工艺,进行了扩散连接接头的剪切强度试验。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析手段,研究扩散连接温度、压力、时间等参数对TC4真空扩散连接质量及扩散连接接头剪切强度的影响。结果表明:扩散连接温度920℃,压力3 MPa,保温保压30 min时,扩散连接界面完全与基体相融,局部微孔等缺陷基本消失,孔洞弥合率达到98.63%,扩散连接接头的剪切强度为467.83 MPa,达到了母材剪切强度(480MPa)的97.46%。     

Zr/Cu/Zr部分瞬间液相焊扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料

采用Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行部分瞬间液相扩散连接实验,研究保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响,探讨了制约接头室温强度的因素,对比分析了在部分瞬间液相扩散连接过程中,辅助脉冲电流对元素扩散及接头强度的作用机制.结果表明,预置Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层通过部分瞬间液相扩散连接,在加热温度950℃,保温时间15~30 min条件下接头强度达到最大值.保温时间过短,活性元素Zr削弱基体强度,保温时间过长,Zr与Cu在界面生成金属间化合物降低了接头的强度.扩散焊过程中施加辅助脉冲电流能够有效缓解接头的残余应力,防止裂纹在脆性基体材料中扩展;但是同时促进了界面处的反应进程,显著提高了界面处Cu-Zr金属间化合物的形成速度,使得界面易成为接头的薄弱环节.     

TC4合金相变超塑性扩散连接接头组织与性能研究

在非真空条件下对TC4合金进行了恒温超塑性扩散连接及相变超塑性扩散连接。采用莱卡尔金相显微镜、扫描电镜(SEM)及电子万能试验机分别对接头的显微组织、性能及断裂机理进行了研究分析。结果表明,在非真空条件下,TC4/TC4相变超塑性扩散连接接头焊合区界面处Ti和O形成的氧化膜在高温高压下可被破坏,O元素向基体中扩散,其分布均匀,说明TC4合金在非真空条件下进行相变超塑性扩散连接是可行的。与950℃恒温超塑性扩散连接相比,TC4合金在850℃~950℃相变超塑性扩散连接所获得的接头质量更优,界面处晶粒尺寸较小,剪切强度也较高,达到612 MPa,接头断裂方式为韧性断裂。这说明相变可提高原子扩散速率,改善连接质量,并实现低温扩散。     

Al2O3p/6061Al复合材料焊接工艺参数的优化及接头组织

通过与基体铝合金的对比试验研究了颗粒增强铝基复合材料Ａｌ２Ｏ３ｐ／６０６１Ａｌ扩散焊各主要工艺参数对接头强度的影响规律,探讨了接头区域微观组织状态对接头强度的影响。结果表明：焊接温度是影响接头强度的主要工艺参数,接头区域存在氧化物及增强相偏聚等缺陷,是造成该种材料焊接性差的主要原因,在此基础上成功实现了颗粒增强铝基复合材料Ａｌ２Ｏ３ｐ／６０６１Ａｌ的扩散连接。     

MB15超塑性镁合金扩散连接试验

根据原子扩散理论对MBl5超塑性镁合金进行了扩散连接工艺研究。扩散连接试验前采用三种不同方法去除MBl5镁合金表面的氧化膜，从中选出最佳方法。在Gleeble-1500型热／力模拟试验机上，对超塑性MBl5镁合金进行了在不同连接工艺条件下的扩散连接，在电子万能试验机上对扩散连接接头进行了剪切强度试验，从而获得了MBl5超塑性镁合金的最佳扩散连接工艺参数。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)，对扩散连接接头微观组织进行分析，得出了MBl5超塑性镁合金主要是通过原子扩散和晶粒长大造成的原始焊接表面晶界的移动，促使接头表面原子充分扩散，形成牢固的连接。     

采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3的接头形成行为及强度

采用辅助脉冲电流液相扩散连接方法,对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料与40Cr钢进行了焊接试验,重点研究了在辅助脉冲电流作用下,界面及焊缝组织演变、基体材料溶解等界面行为,探讨了工艺参数对接头强度及断口形态影响规律.结果表明,通过采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti(C,N)-Al2O3与40Cr钢,可以在较短的焊接时间条件下获得较为稳定的接头强度,四点弯曲平均强度位于231~272 MPa之间;降低焊接件整体加热温度以缓解接头残余应力,控制界面和焊缝化学冶金反应进程以较少金属间化合物数量、提高固溶体含量,抑制活性元素Zr向陶瓷基复合材料中的扩散进程以减少陶瓷颗粒向焊缝中的溶解量,是提升焊接接头强度的关键因素.     

采用非夹层液相扩散焊连接铝基复合材料Al2O3p／6061Al

采用真空扩散焊焊接铝基复合材料Ａｌ２Ｏ３Ｐ／６０６１Ａｌ,通过一系列试验研究了焊接温度对接头强度的影响。结果表明,当焊接温度介于基体铝合金液、固两相温度区间时,接合面上出现液态基体金属,可获得较高的接头强度。在对此现象进行分析的基础上,首次提出非夹层液相扩散焊这一新工艺,成功地实现了铝基复合材料Ａｌ２Ｏ３Ｐ／６０６１Ａｌ的连接     

Si3N4陶瓷/Inconel 600合金液相诱导扩散连接接头的强度与断裂行为

利用Nb／Cu／Ni复合层作中间层，采用液相诱导扩散连接方法连接了Si3N4陶瓷／Inconel 600合金，用剪切试验评价接头强度，采用扫描电镜(SEM)观察接头的断口形貌，系统地分析了连接压力、连接时间，连接温度对Si3N4陶瓷／Inconel 600合金液相诱导扩散连接接头的强度和断裂行为的影响。结果表明，连接温度(在连接时间为3000s以及连接压力为5MPa条件下)、连接压力(在连接温度为1130℃以及连接时间为3000s条件下)和连接时间(在连接温度为1130℃以及连接压力为10MPa条件下)都与接头的剪切强度呈抛物线关系。     

TB2钛合金扩散连接与分形维数

在不同温度、压力、保温时间下对TB2 钛合金进行了扩散连接实验 ,利用SEM观察了扩散连接接头断口形貌并进行了分形维数计算 ,通过剪切实验得到了不同条件下的扩散连接接头的剪切强度。结果表明 ,连接温度、保温时间、连接压力对TB2 钛合金扩散连接接头的剪切强度和分形维数都有影响。剪切强度和分形维数呈正相关 ,工艺参数为扩散连接温度 85 0℃ ,保温时间 30min ,连接压力 5MPa时接头的剪切强度最高 (890MPa) ,同时 ,表面分形维数最大 (2 .2 3)。     

镁合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接

以Cu箔为中间夹层对AZ31B镁合金与304不锈钢进行瞬间液相扩散连接,研究了焊接接头的微观结构和连接强度。结果表明,在510℃/30 min、530℃/10 min下进行扩散连接时,接头界面区没有出现共晶液相,界面结合较弱;520℃/30 min、530℃/20 min时,接头界面区形成Mg-Cu共晶液相,焊缝宽度显著增加,界面结合强度提高;530℃/30min时,镁基体一侧形成350μm的层状扩散区,接头显微组织依次是Mg-Cu共晶组织层、富Mg固溶体层、弥散分布于镁合金基体的Mg17(Cu,Al)12相和分布于镁合金晶界的Mg-Cu-Al三元化合物所组成的镁合金基体渗透区,其剪切强度达到最大(52 MPa);540℃/30 min、530℃/40 min时,界面扩散区的共晶液相发生等温凝固,镁合金基体晶界处Mg-Cu-Al三元金属间化合物呈连续网状分布,接头的剪切强度降低。AZ31B基体发生了再结晶及晶粒长大。     

铜-不锈钢真空扩散连接工艺及界面微观结构

采用电镀工艺,在纯铜基体表面制备出约2.74μm的单质Au镀层,在950℃,1MPa压力下实现了铜与不锈钢的真空扩散接合,并与铜-钢直接连接接头进行界面显微结构对比.试验结果表明:在直接连接800℃时结合界面钢侧存在明显的元素沿晶界扩散现象,接头抗剪强度158MPa,约为铜母材强度的86%;添加单质Au镀层中间层时,有...     

采用非夹层液相扩散焊连接铝基复合材料

采用真空扩散焊焊接铝基复合材料ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ通过系列试验研究了焊接工艺参数对接头强度的影响。结果表明：该材料扩散焊时,焊接温度是影响接头强度的主要工艺参数,当焊接温度介于基体铝合金液－固两相温度区间时,接合面上出现了液态基体金属,可获得较高的接头强度。     

亚微米级Al2O3p/6061Al复合材料的扩散焊接

研究了亚微米级Ａｌ２Ｏ３ｐ／６０６１Ａｌ 复合材料扩散焊接头强度随焊接参数的变化规律, 采用扫描电镜、透射电镜等手段分析了接头区域微观组织, 探讨了焊接参数、接头微观组织与接头宏观性能之间的联系。指出焊接温度是复合材料扩散焊接最重要的工艺参数, 焊接温度介于基体合金固相线与液相线之间, 接头强度最高值可达到１７０ ＭＰａ; 接合界面的氧化膜阻碍基体原子的扩散, 是复合材料接头强度下降的原因之一。在此基础上成功地实现了亚微米级Ａｌ２Ｏ３ｐ／６０６１Ａｌ 复合材料的扩散连接     

镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接

采用锌夹层在356℃温度下对镁铝异种金属进行扩散焊连接,并对接头的微观组织和力学性能进行分析.结果表明,利用镁与锌原子互扩散形成低熔点共晶液相区,能够实现镁铝材料的可靠连接.镁铝焊接接头界面区由铝锌反应层、未充分扩散锌层、锌镁反应扩散层组成.铝基体侧铝锌反应层是固溶体层,镁基体一侧锌镁反应扩散层主要是过饱和的固溶体基体及弥散析出的中间相,该区的中间相成分为Mg2Zn11及MgZn2.锌夹层的加入可有效阻止镁铝之间的互扩散.锌夹层镁铝扩散焊接头抗剪强度远超过镁铝直接真空扩散焊接头的抗剪强度.断口观察及相分析表明,接头失效发生在锌镁反应扩散层.     

316L不锈钢/T2紫铜热等静压扩散连接接头的微观组织与力学性能

采用热等静压(hot isostatic pressing,HIP)工艺对棒材316L不锈钢/T2紫铜进行连接,分析连接界面微观组织和力学性能.结果表明,在塑性变形和扩散反应的连接机制下,异种金属连接接头结合良好,两侧基体元素发生了明显的互扩散,最终形成了3.9μm厚的扩散层,扩散层分为两侧的扩散影响区(diffusion affected zone,DAZ)和中间反应层(reaction layer,RL),扩散层及其附近的T2紫铜侧有树枝状的γ-Fe相、条状α(Cu, Ni)相和不规则块状富Cr相析出.硬度试验结果表明,连接接头硬度要高于较弱T2紫铜母材,接头平均硬度为94 HV0.1,未出现硬度突变的现象,表明接头没有脆性金属间化合物生成,拉伸试验最终在T2紫铜母材断裂,断裂机制为韧性断裂,最大抗拉强度为165 MPa,接头及其附近析出相的弥散分布形成了第二相强化机制,阻碍位错的运动,最终使得连接接头具有较高的硬度和较好的结合强度.     

Ti-6Al-4V/Cu/ZQSn10-10扩散连接

采用纯铜（cu）箔作中间过渡层在真空下对钛合金Ti-6Al-4V与锡青铜ZQSn10-10异种材料进行扩散连接。用冷场发射扫描电镜对连接接头进行微观分析,用拉伸试验获得接头强度。结果表明,采用铜箔作中间过渡层,可以防止一些低熔点组元的挥发,并且可以阻止某些元素（Sn、Pb等）向钛合金基体扩散,避免更多金属问化合物的产生,从而提高了接头性能。中间过渡层铜与锡青铜ZQSn10-10之间实现了良好的连接,未形成明显的过渡区;在中间过渡层铜与钛合金Ti-6Al-4V之间形成了较宽的过渡区,并有金属间化合物Cu3Ti2产生,对接头性能影响较大。最佳工艺参数是：连接温度为850℃、连接压力为10～15MPa、连接时间为30min,可获得钛合金与锡青铜的牢固连接,接头强度可达192MPa（达到锡青铜母材基体强度的80％）,且连接试样无明显变形。     

无镀镍铜/铝低温钎焊工艺优化

先在铝板表面用刮擦钎焊法搭配M51钎料进行涂层处理,再将铜板与铝板使用焊锡进行钎焊连接。研究了涂层温度对涂层金属与铝基体结合效果的影响,确定了最佳的涂层温度;采用正交试验研究了铜/铝板的分层钎焊,将焊接件的剪切强度作为试验指标,以极差法为分析手段,确定了焊接参数的影响程度以及最佳焊接参数,同时对最优焊接参数下焊接件的微观形貌及界面元素扩散行为进行了研究。结果表明:当涂层温度为350℃时,涂层与铝基体结合效果最佳;焊接电流对铝铜焊接接头的拉伸力影响最显著,当焊接电流为100 A、焊接温度为210℃,焊接压力为0.3 kN时,铜铝板实现了有效连接,剪切强度为24.6 MPa;铝铜接头结合面平整,并且界面处存在一定厚度的扩散层,铝铜焊接接头的连接主要依靠元素扩散实现。     

Ag做中间层TC4和双相不锈钢的扩散连接

采用50μm厚纯Ag箔做中间层对TC4钛合金和2205双相不锈钢进行了扩散连接。试验发现,在900℃、5 MPa、5 min连接条件下,可以成功实现母材的连接。在TC4-Ag界面,生成了Ti Ag化合物。在Ag-2205双相不锈钢界面,没有形成化合物,由于Ag-Fe之间的相互扩散形成了可靠的冶金连接。在拉伸载荷下,接头沿剩余Ag中间层发生失效,接头强度达到了680 MPa。在接头断口发现大量韧窝,说明接头呈韧性。     

钛合金与不锈钢的超塑性扩散连接研究

采用镍箔作为中间过渡层,在真空下对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了微细晶超塑性扩散连接。通过扫描电镜、X射线衍射及剪切强度试验等方法,对连接接头进行了微观分析和剪切强度测试。结果表明:采用镍箔作中间过渡层,能有效地防止铁与钛、碳间的相互扩散和迁移,避免界面上更多的金属间化合物产生,从而提高了接头性能。在连接温度为790℃、连接压力为3MPa,连接时间为30min的条件下,可获得钛合金与不锈钢的牢固连接,接头剪切强度可达131.1MPa,且试样无明显变形。