本文關(guān)鍵詞：輔助脈沖電流擴(kuò)散焊連接陶瓷基復(fù)合材料的界面行為

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【摘要】：Ti(C,N)陶瓷基復(fù)合材料具有很高的硬度和耐磨性,兼具良好的抗氧化性及化學(xué)穩(wěn)定性,作為刀具材料和高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用前景廣泛。其機(jī)加工性能差,難以制造復(fù)雜構(gòu)件,與金屬材料連接時(shí)接頭存在較大的熱應(yīng)力,接頭強(qiáng)度較低。輔助脈沖電流擴(kuò)散連接通過電阻熱效應(yīng)產(chǎn)生界面高溫,使陶瓷與鋼等金屬材料在基體低溫狀態(tài)形成致密結(jié)合,接頭熱應(yīng)力大幅降低,接頭強(qiáng)度顯著提高。采用Cu-Ti非晶/Cu/Ag-Cu復(fù)合層對(duì)Ti(C,N)-Al2O3/40Cr進(jìn)行了輔助脈沖電流擴(kuò)散連接。結(jié)果表明,典型接頭組織結(jié)構(gòu)為:Ti(C,N)-Al2O3/Cu基固溶體+Cu4Ti+Cu3Ti2/Cu基固溶體+Cu4Ti3/Cu基固溶體/Cu/Fe基固溶體/40Cr鋼。保溫時(shí)間對(duì)接頭界面的組織與性能有一定的影響,占空比對(duì)接頭的組織與性能影響較大。在焊接溫度為850℃、保溫10min、脈沖占空比為12(on):2(off)條件下接頭的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度最大,為236MPa。試驗(yàn)研究了Ti(C,N)-Al2O3/Cu53Zr47/Cu/Cu53Zr47/Ti(C,N)-Al2O3輔助脈沖電流擴(kuò)散連接的接頭界面行為與性能。結(jié)果表明,活性元素Zr對(duì)Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料有良好的潤(rùn)濕反應(yīng)性能,熱力學(xué)計(jì)算表明Zr擴(kuò)散至Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料與其中的Al2O3發(fā)生置換反應(yīng),將Al原子的活性激發(fā)出來,增強(qiáng)了Al元素的擴(kuò)散能力,并生成了ZrO2相;焊接溫度為930℃、保溫6min時(shí)接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度最高,達(dá)432.8MPa。焊接溫度過高將引起組織分層的增多,脆性化合物層變厚,接頭抗彎強(qiáng)度降低;接頭斷裂失效主要是因?yàn)榻宇^中存在較大的焊接殘余應(yīng)力與脆性化合物層,α-Zr相與CuZr2金屬間化合物構(gòu)成的組織為焊縫中的薄弱區(qū)域。通過對(duì)Ti(C,N)-Al2O3與40Cr進(jìn)行以Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu及Ag-Cu-Zr/Cu/Ag-Cu為復(fù)合中間層的輔助脈沖電流擴(kuò)散連接試驗(yàn),重點(diǎn)分析研究元素行為、接頭強(qiáng)度及工藝參數(shù)對(duì)接頭強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:Zr元素表現(xiàn)出與采用Cu53Zr47非晶相似的擴(kuò)散反應(yīng)行為;焊接溫度、保溫時(shí)間與接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度均遵循拋物線規(guī)律;采用Ag-Cu-Zr的焊接接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度普遍高于采用Ag-Cu-Ti的接頭強(qiáng)度,焊接溫度為750℃、保溫5min條件下采用Ag-Cu-Zr合金箔時(shí)接頭抗彎強(qiáng)度最大,達(dá)275.1MPa。在焊接溫度為850℃、保溫10min條件下對(duì)Zr/Cu/Ti擴(kuò)散偶進(jìn)行了輔助脈沖電流擴(kuò)散連接,獲得了界面結(jié)合致密且擴(kuò)散溶解層較厚的焊縫;在同樣的焊接工藝參數(shù)下,擴(kuò)散過渡層厚度Cu/Zr側(cè)比Cu/Ti側(cè)更大,說明Zr在Cu中的擴(kuò)散能力比Ti更強(qiáng)。保溫時(shí)間對(duì)Zr/Cu/Ti擴(kuò)散偶界面行為的影響較大:保溫時(shí)間較短時(shí),元素?cái)U(kuò)散不充分,界面反應(yīng)程度較低,因此界面的冶金結(jié)合不夠致密,形成的擴(kuò)散溶解層也較窄;延長(zhǎng)保溫時(shí)間,元素有足夠的時(shí)間進(jìn)行充分的擴(kuò)散,并參與界面反應(yīng)導(dǎo)致擴(kuò)散溶解層厚度的增加。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG453.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1259710