Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

不锈钢与6061铝合金旋转摩擦焊接接头组织与力学性能

采用旋转摩擦焊接技术进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金的焊接,分析不同工艺参数下钢铝旋转摩擦焊接头的焊缝成形、显微组织和力学性能。结果表明,不锈钢与铝合金的连接界面发生元素扩散并形成一定厚度的结合层,提高旋转速度能够增加结合层的厚度,随着顶锻力的提高,结合层的厚度先增加后减小。钢铝界面处的铝合金晶粒发生拉长变形,出现晶粒细化现象。靠近接头界面处硬度相对较高,接头拉伸强度随着旋转速度和顶锻力的提高先增加后下降,在旋转速度为600 r/min,顶锻力为3.8 kN时获得1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金接头抗拉强度值最高为262 MPa。断裂位置主要位于钢铝连接界面,部分位于铝合金侧,焊接断口存在小而浅的韧窝。     

TA2/Ni+Nb中间层/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的组织与性能

采用50μm纯Ni箔+10μm纯Nb箔复合中间层,在焊接温度840℃,880℃和920℃,压力4MPa以及保温时间60min的工艺下,对工业纯钛TA2和1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了真空扩散焊实验,测试了接头的抗拉强度,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的组织结构、元素分布以及断口形貌和相组成进行了分析。结果表明:Ni+Nb复合中间层的存在成功阻止了Fe,Ti互扩散,实现了TA2与1Cr18Ni9Ti的可靠连接,接头的拉伸强度达到261MPa,该强度主要受剩余Ni箔控制,且焊接温度的变化对其影响不大。接头所生成反应层自不锈钢一侧起分别为FeCrNi固溶体、剩余Ni,Ni3Nb,剩余Nb以及TiNb魏氏体。     

镓中间层1420铝锂合金扩散连接方法与试验研究

研究了镓对1420铝锂合金的表面活化作用,结果表明液态镓能有效破坏1420铝锂合金表面的氧化膜。基于镓中间层的表面活化作用,在力学拉伸试验机上通过机械加压方法,在试验温度520℃,连接压力7MPa,扩散时间1h条件下,对1420铝锂合金进行了扩散连接试验,并通过光学显微镜、扫描电镜和剪切强度试验等方法,对接头进行了微观分析和剪切强度测试。结果表明,中间层厚度小于1mg/cm2时,接头界面处的缝隙非常明显,焊合率较低,接头剪切强度很低,其剪切断口微观形貌光滑平整;中间层厚度大于1mg/cm2时(包括1mg/cm2),扩散连接界面完全消失,接头剪切强度明显提高,其剪切断口微观形貌中呈现沿剪切方向的撕裂带,表现为韧性断裂特征。中间层厚度为1mg/cm2时,接头剪切强度最高,达到58.35 MPa。     

用急冷Al基合金作中间层对Si3N4进行扩散焊连接的研究

本文研制了急冷及普通Al基中间层材料,并对其性能及其在对Si_3N_4陶瓷进行扩散焊时用作中间层进行了研究。结果表明:Al基中间层经急冷凝固处理后组织细小,成分均匀,硬度高,熔点低。接头的剪切强度试验结果表明:在同一扩散焊工艺条件下,急冷中间层接头的剪切强度明显高于普通中间层接头的剪切强度。其中急冷Al-Si-In-Ti-Zn-Mg中间层接头在扩散焊温度为475℃时(保温时间30min,压力为15MPa),强度最高(50MPa)。随着扩散焊温度的提高,接头剪切强度明显下降。断口分析表明:接头均断在界面附近。界面附近的富In相是接头强度的薄弱环节。随着扩散焊温度的提高,富In相尺寸增大,接头强度下降。急冷Al基中间层扩散焊连接Si_3N_4陶瓷的机制是:活性元素Ti向界面扩散富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成界面相TiN,同时中间层中的Al也向界面富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成AIN界面相。     

Ti和Ti／Ni／Ti连接钨与铜及其合金的界面结合机制与接头强度

采用热 力学模拟试验机Gleeble1500D作加热设备,用Ti片和Ti箔 Ni片 Ti箔复合中间层扩散连接钨与铜及铜合金CuCrZr。结果表明,当用Ti片连接钨与铜,连接温度下Ti与Cu反应但未转化成液相时,则反应层由具有一定脆性的多层化合物组成,接头强度偏低;当Ti片通过共晶反应转化成液相且大部分液相被挤出连接区时,接头强度显著提高,最高达220MPa。用Ti Ni Ti复合中间层连接钨与CuCrZr时,结合界面是通过Ti分别与Ni、W及Cu相互扩散并反应生成多层化合物和固溶体而形成的;与Ti片连接钨与铜的接头形成相似,连接过程中Ti箔未转化成液相时接头强度偏低,Ti箔转化成液相时接头强度明显提高。     

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷与接头质量控制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3 N4 陶瓷。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 ;必须进一步固态扩散反应才能形成高强度接头 ,相应的接头显微结构为 :Si3 N4 /TiN/Ti5Si3+Ti5Si4 +Ni3 Si/NiTi/Ni3 Ti/Ni。连接时间、连接温度、连接压力及Ti和Ni的厚度影响接头组织和强度 ,其最佳值为 6 0min ,10 5 0℃、2 .5MPa、2 0 μm和 40 0 μm ,所得接头室温和 80 0℃剪切强度分别为 142MPa和 6 1MPa。     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

钎焊温度对Ti60/AgCu/ZrO_2接头界面组织及性能的影响

采用AgCu钎料实现了Ti60合金和ZrO_2陶瓷的钎焊连接。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)和X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer,XRD)等分析测试手段,对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析。研究表明,Ti60/AgCu/ZrO_2接头典型界面组织为:Ti60合金/α-Ti+Ti_2Cu扩散层/TiCu+TiCu_2/Ag(s,s)+Cu(s,s)/Ti_3Cu_3O反应层/TiO反应层/ZrO_2陶瓷。随着钎焊温度的升高,α-Ti+Ti2Cu扩散层、TiCu+TiCu_2层、Ti3_Cu_3O层及TiO层厚度均逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag(s,s)和Cu(s,s)含量逐渐减少。剪切试验表明,在钎焊温度为900℃、保温时间为10min条件下获得的接头室温抗剪强度最高为124.9 MPa,500℃和600℃抗剪强度分别为83.0 MPa和30.2 MPa。断口分析表明:接头沿ZrO_2陶瓷/钎料界面和靠近该界面的钎缝发生断裂。     

Zn-Al-Si钎料钎焊铜/铝接头显微组织及性能研究

采用Zn-14.1Al-0.9Si和Zn-21.5Al-1.5Si两种钎料钎焊获得铜/铝接头,研究了Cu/Zn-Al-Si/Al接头Cu母材/钎缝界面结构、钎缝中心区显微组织、接头抗剪切性能和断口形貌.研究发现,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头和Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头界面结构均为Cu/扩散层/Al4.2Cu3.2Zn0.7,其中Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层厚度分别为1～2 μm和3～4μm.2种铜/铝接头钎缝中心区均由α-Al固溶体,η-Zn固溶体,Zn-Al共晶和Si单质组成,未发现脆性CuAl2化合物.由于具有较薄的界面化合物层,在剪切力作用下,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头断裂一部分起源于Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层,另部分起源于界面扩散层,而Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头断裂均起源于较厚的Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层.因此,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头的抗剪切强度高于Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头,分别为60.1MPa和55.6MPa.     

Influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of electron beam welded Ti60 to GH3128 joint with a Cu interlayer

Effects of welding parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti/Cu/Ni joint welded by electron beam were investigated. High welding heat input increased the melting quantity of Ti60 titanium alloy and promoted the formation of Ti–Cu intermetallic compounds (IMC) such as Ti₂Cu and Ti₃Cu₄, increasing the brittleness of the joints. Low welding heat input was not conducive to the complete melting of the copper interlayer, and the unmelted copper reduced the performance of the joints. Under the optimal welding parameters, Ti–Ni IMCs in the weld would be replaced by (Cu, Ni) solid solutions ((Cu, Ni)_ss). However, Ti–Cu IMC layers cannot be eliminated entirely by changing the welding parameters. The maximum tensile strength of the joints was 201 MPa. The fracture of the joints occurred at the Ti–Cu IMC layer, which was a typical brittle fracture.     

Feasibility study of thermo-compensated resistance brazing welding of C/C composites and T2 copper with AgCuTi filler metal

The dissimilar materials joining of C/C composites to T2 copper were performed successfully by thermo-compensated Resistance Brazing Welding (RBW) with AgCuTi filler powder. The interfacial microstructure, phase composition, and shear strength of the resistance brazed joints were investigated by the relevant analysis method. Experiment results indicated that the order affecting the shear strength of the C/C-Cu joint was welding current, welding pressure, and welding time in turn. The shear strength of backward thermo-compensated RBW was higher than that of forward thermo-compensated RBW due to the Peltier effect. The maximum shear strength of the C/C-Cu joint was 11.56 MPa in the optimized welding parameter with welding current of 8.0 kA, welding time of 60 ms, and welding pressure of 0.10 MPa by backward thermo-compensated RBW. The interface structure at the resistance brazed joint with this welding parameter was C/C composites/TiC/Cu (s.s)/T2 copper. The TiC phase was verified at the interface of the brazed joint by Scanning Electron Microscope (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectrometer (EDS), and X-ray Diffraction (XRD). Considerable fractures occurred in the C/C composites and partial fracture occurred at the interfacial reaction layer.     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

钛合金与不锈钢扩散焊中间金属的选择

采用铜和铜加钒作中间金属，探索了钛合金ＴＣ４与不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的真空扩散焊工艺，对接头成分、组织进行了分析。结果表明：采用一层中间金属铜进行扩散焊时，接头的强度很低，呈脆性断裂；采用两层中间金属铜加钒时，接头的强度与铜层的相对厚度有关，最高强度可接近母材不锈钢强度的下限。     

LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究

铝合金与不锈钢物理化学性能较大的差异使两者采用常规焊接技术较难实现连接。本文采用惯性摩擦焊接技术进行了LF6铝合金与不锈钢异种金属连接,分析研究了接头的微观组织及拉伸力学性能。研究结果表明,LF6铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接过程中,相对不锈钢一侧,LF6铝合金一侧发生了较大的塑性变形,飞边主要由LF6铝合金摩擦挤压而成;微观组织显示LF6铝合金一侧分为细晶区、拉长晶区和母材区,细晶区中呈现为细小等轴晶状组织,拉长晶区为摩擦剪应力作用下的板条状拉伸组织。EDX分析表明,在摩擦热和顶锻力的作用下,焊接界面存在明显的浓度梯度,形成了数微米的扩散反应层;力学断口断裂于铝合金一侧受力薄弱区。     

SiO2f/SiO2复合材料自身及其与铜、不锈钢的钎焊

采用AgCuTi活性钎料,在880℃/10min规范下成功实现了SiO2f/SiO2自身、SiO2f/SiO2与Cu和SiO2f/SiO2与1Cr18Ni9Ti三种接头的连接。实验结果表明,三种接头中靠近SiO2f/SiO2母材的界面处均形成了一层薄薄的扩散反应层组织,反应层中出现了Ti和O的富集,根据两者的原子比例推断生成了TiO2相;另外,三种接头中心区都形成了由灰色相和白色相共同组成的Ag-Cu共晶组织,其中灰色相为Cu基固溶体,白色相为Ag基固溶体。接头剪切强度结果显示,SiO2f/SiO2/Cu接头剪切强度为12.4MPa,SiO2f/SiO2/1Cr18Ni9Ti接头剪切强度为18.4MPa,接头中的残余应力是决定接头强度大小的重要因素之一。     

Effect of beam current on microstructures and mechanical properties of joints of TZM/30CrMnSiA by electron beam welding

Electron beam welding experiments of TZM alloy and 30CrMnSiA steel butt joints were carried out with different beam currents. Microstructures and chemical compositions of typical zones were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the joints were evaluated by tensile strength tests. Besides, nanoindentation tests were carried out to compare the brittleness of the reaction layer and other typical microstructures. The results illustrated that the reaction layer at the interface between fusion zone (FZ) and TZM alloy was the weak position of the joint, which was divided into Fe₂Mo layer and a mixture layer of Fe₂Mo and α-Fe phases. As the beam current increased, the thickness of the Fe₂Mo layer decreased, which resulted in the increasing of the tensile strength of the joints. When the beam current exceeded 24 mA, the formation of the joint was poor with a low tensile strength. When the beam current was 24 mA, the joint presented the highest strength of 191.3 MPa and the joint fractured along the Fe₂Mo layer near the TZM alloy side with a brittle fracture mode.     

含Ni夹层SiC_p/2014Al铝基复合材料扩散焊

利用中间添加Ni层,在610℃保温60min工艺成功实现了SiCp/2014Al铝基复合材料的真空扩散焊接.焊接之后利用金相显微镜(OP)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等对焊接接头进行分析.分析表明,Ni和Al之间相互扩散形成由金属间化合物构成的中间过渡层,主要由Ni3Al//NiAl//NiAl3组成.在理论上,计算出Ni和Al元素扩散浓度与焊接温度和保温时间之间的关系,以及元素的扩散距离与焊接参数之间的关系呈抛物线形变化.