六方BN陶瓷具有優(yōu)良的耐熱性、介電性、耐化學腐蝕性等特點,被應用于機械、冶金、航天等領(lǐng)域,但該種BN的強度和硬度較其他陶瓷低,限制了其應用范圍。鈦合金特別是TC4,綜合性能優(yōu)越,在諸多工業(yè)部門占有重要地位。實現(xiàn)BN與TC4的可靠連接,能夠使二者優(yōu)勢互補,擴大材料的適用領(lǐng)域。然而BN與TC4的彈性模量及熱膨脹系數(shù)差異巨大,BN/TC4接頭中存在的殘余應力成為制約二者連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文在實現(xiàn)BN/TC4釬焊連接的基礎(chǔ)上,分析了接頭中殘余應力的分布,并對接頭殘余應力進行了調(diào)控。采用Ag-Cu中間釬料實現(xiàn)了BN/TC4真空釬焊連接,研究了不同釬焊溫度對BN/TC4接頭界面組織的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)接頭陶瓷側(cè)界面產(chǎn)生明顯的Ti-Cu反應層,該反應層促進了熔融釬料在陶瓷表面的潤濕鋪展。TC4側(cè)由多層擴散反應層組成,典型接頭中的物相變化由釬縫到母材為Cu₄Ti+Cu Ti→Cu Ti→Cu Ti+Cu Ti₃→Ti+Cu Ti₃。結(jié)合二元、三元熱力學計算及實際釬焊條件分析了界面元素的擴散行為及反應層形成機制。此外,分析了接頭力學性能及... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

BN的兩種主要晶體結(jié)構(gòu)[19]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-母材為鈦合金的陶瓷/金屬釬焊往往均屬于活性釬焊的一類，因此在本節(jié)中選取一側(cè)母材為鈦合金，從釬焊和擴散焊來分類介紹與本文相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。1.2.1陶瓷與鈦合金的真空釬焊連接哈爾濱工業(yè)大學的DaiX等[30]選用Ag-Cu釬料實現(xiàn)了TC4鈦合金和ZrO2陶瓷的真空釬焊連接，研究者利用鈦合金母材作為Ti源向釬縫中擴散Ti元素達到了活性釬焊的效果。如圖1-2所示為TC4/ZrO2釬焊界面及元素能譜儀(EDS)面掃描分布，可以發(fā)現(xiàn)，鈦合金母材中的Ti元素有明顯向焊縫擴散的趨勢并在陶瓷側(cè)界面富集，配合Ag-Cu釬料中的合金元素在陶瓷側(cè)界面形成了合金化反應層，提高了熔融釬料在陶瓷表面的潤濕鋪展。作者進一步通過熱力學計算及透射電鏡(TEM)等手段鑒定了界面反應層的物相組成：在陶瓷側(cè)界面形成Cu3Ti3O+TiO復合反應層；在鈦合金一側(cè)形成Ti-Cu化合物層。但是，通過納米壓痕測量界面各個區(qū)域的硬度及彈性模量顯示(圖1-3)，陶瓷側(cè)反應層具有較高的脆性，由于接頭中存在殘余應力，使該位置成為接頭服役過程中的薄弱環(huán)節(jié)。圖1-2TC4/ZrO2釬焊界面及元素面分布[30](a)TC4/ZrO2釬焊界面;(b-f)界面元素Ag,Cu,Ti,Al,Zr的EDS面分布

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-圖1-3TC4/ZrO2釬焊接頭各區(qū)域硬度及彈性模量[30]天津大學的孟建芳[31]利用Ag-Cu-Ti釬料實現(xiàn)了TC4鈦合金與Si3N4陶瓷的真空釬焊連接，釬焊接頭可以分為基體Si3N4陶瓷、陶瓷和釬料形成的反應層、釬料層、金屬與釬料形成的合金層、基體TC4合金，通過熱力學計算及EDS分析認為靠近陶瓷界面的反應層為TiN層及Ti5Si3層，而鈦合金一側(cè)形成以Ti-Cu金屬間化合物為主的反應層。如圖1-4所示為接頭彎曲測試斷裂形貌，失效位置位于陶瓷側(cè)脆性反應層，同時伴有Si3N4顆粒分布于斷口表面。作者進一步探究了釬焊溫度和保溫時間對接頭性能的影響規(guī)律，控制焊接條件適宜可獲得最優(yōu)接頭，溫度及時間不充分時，陶瓷側(cè)界面反應不足以潤濕釬料；隨溫度及時間的提高，陶瓷側(cè)反應層增厚，脆性特征表現(xiàn)顯著，進而接頭性能隨之降低。此外，作者還嘗試利用激光焊接連接TC4與Si3N4，但未能獲得有效接頭，說明釬焊的方法更適宜此種陶瓷/金屬連接。圖1-4Si3N4/TC4釬焊接頭斷口形貌[31](a)陶瓷側(cè);(b)釬縫側(cè)哈爾濱工業(yè)大學的ShiJM等[32]嘗試采用Ag-Cu-Ti釬料真空釬焊連接TC4鈦合金與ZrC-SiC復合陶瓷，作者分析了接頭的形成機制，如圖1-5所示，在釬焊過程的前期，來自母材及釬料中的Ti元素將在濃度梯度驅(qū)動力下擴散并參與反應，在TC4表面及釬縫中形成一系列Ti-Cu化合物。隨著Ti元素進一步擴散及釬焊溫度的提升及保持，Ti元素與復合陶瓷中的少量SiC

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]Al2O3/不銹鋼釬焊接頭組織及應力調(diào)控機制研究[D]. 李昊岳.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]基于界面調(diào)控的鋁/鋼異種金屬激光填絲熔釬焊工藝及機理研究[D]. 孟圣昊.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]納米釬料釬焊SiO2陶瓷與TC4鈦合金工藝及機理研究[D]. 劉景和.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的釬焊工藝及機理研究[D]. 劉海.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[5]TC4鈦合金與Si3N4陶瓷釬焊工藝及機理研究[D]. 趙一璇.中國海洋大學 2015



本文編號：3018193