钛合金与其它金属材料扩散连接研究现状与发展

先进材料钛及钛合金与其它金属材料的扩散连接技术是当前材料连接领域的热点研究课题之一。本综述了钛合金与其它金属材料扩散连接研究现状与发展,重点介绍了钛及钛合金与钢、铜合金、铝及其合金的扩散连接界面反应、连接工艺研究等内容,分析其优势与局限性,并展望其发展趋势。     

TiAl/Ti/GH99扩散连接接头应力的数值模拟

利用有限元方法,对采用钛作中间层扩散连接TiAl基合金与GH99合金所得接头在冷却过程中所产生的应力分布情况进行分析,并研究了连接温度对应力分布特征及大小的影响.结果表明,在钛中间层与TiAl基合金和GH99合金的连接界面处均存在一定的应力集中,其中钛中间层与GH99合金的连接界面处应力相对较大.降低连接温度时,接头应力分布特征基本没有变化,但最大应力的数值随之减小.将模拟结果与试验结果进行对比发现,模拟结果与试验结果具有很好的吻合性.     

氮合金化堆焊硬面合金组织与耐高温磨损性能

对马氏体不锈钢堆焊硬而合金进行了氮合金化,研究了其组织和耐高温磨损性能.结果表明,氮合金化马氏体不锈钢堆焊层显微组织主要为马氏体和铌、钛的复合碳氮化物;堆焊马氏体不锈钢硬面合金与碳钢的高温金属间磨损,为碳钢表面高温下形成的氧化皮,粘着于堆焊马氏体不锈钢硬面合金表面,导致堆焊马氏体不锈钢硬面合金产生磨粒磨损.氮合金化堆焊...     

钛及其合金

本文研究了纯钛的物理性能及腐蚀性能。例举了工业纯钛的机械性能。详细地研究了钛及其合金在航空和化学工业以及在海水等工作制件的应用范围并对这种金属的前景作了讨论。对钛合金的焊接,钎焊和非焊接的连接同样也进行了讨论。援引了合金压力     

CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800～900℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。     

钛—钢钎焊复合

钛及其合金具有比重小,强度高,耐腐蚀等特点,但是价格较贵,限制了它的应用,因而从钛材投入工业生产的同时,几乎就开始了钛复钢的研究。获得钛钢复合板的方法有钎焊法、爆炸复合、固相扩散连接以及热轧结合法等。由于钛     

增强钛、铬与不锈钢的钝化作用与抗腐蚀性能的表面阴极合金化方法

电火花技术和溶液中的电化学沉积,以及随后退火的工艺,均适用于钛、铬和不锈钢的表面合金化涂层。已发现表面合金化有效地取代了整体添加合金元素的方法。钛、铬和不锈钢表面钯合金化大大地改善了在硫酸和盐酸中的抗腐蚀性能。     

相变扩散连接工艺参数对钛与不锈钢接头强度的影响

分析了钛与不锈钢相变扩散连接的工艺参数 ,利用万能拉伸试验机测试了接头拉伸强度 ,利用扫描电镜 (SEM )及X射线衍射 (XRD)分析了接头断口形貌及组成相。结果表明 :当连接压力为 13MPa、上限温度为1183～ 12 0 3K、下限温度为 10 73～ 10 93K、加热速度为 30～ 5 0K/s、冷却速度为 15～ 2 0K/s、循环次数为 15～2 0次时 ,钛与不锈钢相变扩散连接接头界面无反应相生成 ,拉伸强度为 380MPa以上 ,实现了钛与不锈钢的高效高强度连接。     

复合阻隔镀层对钒合金与不锈钢电子束焊接头组织与性能的影响

钒基合金被公认为是理想的聚变反应堆结构材料,为了更有效和经济地利用钒基合金,需要将钒合金与不锈钢进行连接。通过电镀Ni+Au作为复合中间层,采用电子束阻隔熔化焊方法来实现V-5Cr-5Ti钒合金与HR-2不锈钢之间的连接。结果表明:电子束流偏向钒合金一侧焊接得到的钒合金与不锈钢接头界面将产生贯穿性裂纹,直接导致焊接失败。电子束流偏向不锈钢一侧,电镀Ni+Au作为界面阻隔层,很好地抑制了V/Fe界面的金属间化合物的产生,显著提高了接头性能,接头抗拉强度最高达到430 MPa。电子束阻隔熔化焊得到的钒合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

Hank‘s人工模拟体液中离子注氮对4种植入金属材料腐蚀行为的影响

采用电化学测试技术研究了离子注氮对SUS316L不锈钢，Co-Cr合金，工业纯钛和Ti-6Al-4V植入合金在Hank’s人工模拟体液中腐蚀行为的影响。腐蚀电位和极化曲线的测量结果表明，注氮使4种植入金属材料的腐蚀电位正移，钝化电位区间扩大，耐蚀性明显提高。注氮的工业纯钛和Ti-6Al-4V合金的耐蚀性最佳，其钝化区拓宽为4V以上。通过AES分析发现，离子注氮后钛及其合金表面形成的氮化钛膜层及弥散的氮化钛析出相的化学效应，使基体电化学性能得到提高。注氮的Co-Cr合金的耐蚀性略优于SUS316L不锈钢。Co-Cr合金表面形成的钴氮化合物相对基体起到保护作用，降低了腐蚀速率。SUS316L不锈钢表面形成铁和铬氮化合物膜，有效地阻止了Cr^3 的水解，且氮离子注入促进Fe3O4的产生，提高了耐腐蚀性能。     

钛合金与不锈钢扩散焊接研究进展

分析了钛合金与不锈钢的物理化学性能的差异对焊接接头性能的影响,综述了国内外钛合金与不锈钢扩散焊接的研究现状,对钛合金与不锈钢的焊接界面进行表面自纳米化处理后,在扩散焊接过程中能够显著提高原子扩散系数,抑制脆性金属间化合物生长,改善接头组织和提高接头综合性能。展望了钛合金与不锈钢扩散焊接的发展趋势。     

HIP diffusion bonding of P/M titanium alloy Ti-6Al-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti

The HIP diffusion bonding of P/M titanium alloy Ti-6A1-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti using pure Ni as intermediate layer was studied. Bonding joint with complex bonding interface was obtained by HIPing pre-alloyed Ti-6Al-4V powders and stainless steel 1Crl 8Ni9Ti in a vacuum canning. The joint strengths were examined and the characteristics of bonding joint were observed. The result shows that the maximized strength of HIP diffusion bonding between P/M titanium alloy Ti-6Al-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti can be up to 388 MPa and the microstructure of bonding joint is acceptable.     

钛合金和不锈钢的扩散焊接研究进展

钛合金和不锈钢的异种金属结构具有广阔的应用前景,但实现其应用的关键是两者可靠的连接。综述了钛合金和不锈钢焊接存在的问题以及国内外扩散焊接研究进展,并提出了进一步的研究方向。     

钛合金与不锈钢真空热轧连接界面微观结构及性能

完成了TC4钛合金与304不锈钢的直接真空热轧连接,连接界面微观结构的研究结果表明,当压缩率20%,轧制速度0.038 m/s时,轧制温度800℃时连接界面存在未连接的孔洞,轧制温度850℃时连接界面形成了三层金属间化合物层,其中富铬层硬度约为母材钛合金硬度的2倍,轧制温度900℃时连接界面产生了金属间化合物层之间或金属间化合物层与母材之间的开裂现象.轧制温度850℃时接头抗拉强度最高,可达77.33 MPa.拉伸试样均为脆性断裂,不锈钢一侧的断口存在γFe,Cr,Fe₂Ti,σ和Cr₂Ti.     

Interfacial structure and mechanical properties of hot roll bonded joints between titanium alloy and stainless steel using copper interlayer

Abstract

The hot roll bonding was carried out in vacuum condition between titanium alloy and stainless steel using copper interlayer. The stainless steel/Cu can not be bonded if the bonding temperature is lower than or equal to 730°C, and the Cu–Ti alloy can not be bonded if the bonding temperature is higher than or equal to 880°C. The testing results show that the total thickness of intermetallic layers at the interface between copper and titanium alloy increases with the bonding temperature, and the tensile strength of bonded joints decreases with increasing bonding temperature. The maximum strength of 343 MPa was obtained at the bonding temperature of 780°C, the reduction of 20% and the rolling speed of 38 mm s^–1.     

采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能

进行了钛合金与不锈钢采用铌中间层的真空热轧连接实验,分析了连接界面的显微组织及性能。结果表明,采用铌中间层能够明显提高接头的塑性。当压缩率为25%,轧制速度为38 mm/s,热轧温度为800°C和900°C时,不锈钢与铌的连接界面没有明显的金属间化合物层;当热轧温度为1000°C和1050°C时,不锈钢与铌连接界面形成Fe-Nb金属间化合物层,并且当热轧温度为1050°C时在金属间化合物层与不锈钢之间出现开裂。铌与钛合金连接界面的扩散层厚度随着热轧温度的升高而增大。热轧温度为900°C的连接接头的拉伸强度可达-417.5MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。热轧温度为800°C的热轧过度接头分别与钛合金和不锈钢进行TIG焊接,TIG焊后热轧过度接头的拉伸强度可达-410.3 MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。     

钛合金与不锈钢超塑性扩散连接工艺及机理研究

基于微细晶超塑性扩散连接方法,对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢成功实现了直接扩散连接,系统分析了接头性能、界面微观结构及超塑性扩散连接机理。结果发现：TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢直接超塑性扩散连接时,较佳连接工艺规范为：温度T=760~820 ℃,压力p=6~9 MPa,时间t=20~40 min;接头剪切强度τ＝125.3~148.7 MPa。与一般直接扩散连接相比,连接温度降低了约100 ℃,接头的剪切强度提高了1倍以上,且连接试样无明显变形。细化热处理TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢超塑性扩散连接时,其接头的形成过程大致可分为3个阶段：形成紧密接触阶段、接触表面激活阶段及靠近活化中心的界面冶金结合区形成阶段。     

钛合金/不锈钢冷金属过渡焊接头组织及性能

采用铜基填充金属对TC4钛合金、304不锈钢进行冷金属过渡焊接,分析了钛合金/不锈钢接头的界面组织、力学性能及腐蚀性能. 结果表明,采用冷金属过渡连接方法实现了TC4钛合金和304不锈钢的焊接. 钛合金/不锈钢接头主要由焊缝金属、不锈钢-铜焊缝界面和钛合金-铜焊缝界面组成. 钛合金/不锈钢接头的拉剪强度为306 MPa. 由于钛合金-铜焊缝界面中Ti-Cu,Ti-Fe金属间化合物的生成,接头沿钛合金-铜焊缝界面反应层发生脆性断裂. 钛合金/不锈钢接头在人工海水溶液中发生了电偶腐蚀,其腐蚀机理为阴极区发生氧的还原反应和析氢反应,阳极发生焊缝金属的氧化,钛合金母材表面TiO₂氧化膜的形成,不锈钢母材发生点蚀.     

不锈钢板料拉深润滑新工艺

不锈钢板料拉深时,在毛坯表面涂覆丙烯酸清漆有效避免了毛坯和模具工作表面直接摩擦,解决了不锈钢拉深粘模、划伤工艺难题,拉深后零件表面光洁。将丙烯酸清漆用于不锈钢、高温合金、钛合金板料拉深成形,都获得了良好的效果。     

0Cr13Ni8Mo2Al钢与铝合金和钛台金接触腐蚀与防护研究

通过测定0Cr13Ni8Mo2Al钢与铝合金（LY12）和钛合金（TC4）组成的电偶对的电偶电流的方法,研究了0Cr13Ni8Mo2Al钢在使用中与铝合金和钛合金接触时发生电偶腐蚀的敏感性。研究结果表明:0Cr13Ni8Mo2Al钢与铝合金接触时会产生严重的电偶腐蚀,必须进行防护处理方可使用;与钛合金接触时产生的电偶腐蚀很轻微,可以不进行防护。0Cr13Ni8Mo2Al钢表面进行镀镉钛防护后,与铝合金接触时的电偶电流密度大为减小,相差近10倍;采用环氧锌黄底漆、XM-33-4双组分密封胶防护可以有效地防止0Cr13Ni8Mo2Al钢与铝合金和钛合金接触产生的电偶腐蚀。