辅助脉冲电流扩散焊连接陶瓷基复合材料的界面行为

发布时间：2017-12-06 19:25

  本文关键词：辅助脉冲电流扩散焊连接陶瓷基复合材料的界面行为

  更多相关文章： Ti(C N)-Al2O3陶瓷基复合材料 40Cr钢 辅助脉冲电流 扩散焊 界面行为

【摘要】：Ti(C,N)陶瓷基复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学稳定性,作为刀具材料和高温结构材料应用前景广泛。其机加工性能差,难以制造复杂构件,与金属材料连接时接头存在较大的热应力,接头强度较低。辅助脉冲电流扩散连接通过电阻热效应产生界面高温,使陶瓷与钢等金属材料在基体低温状态形成致密结合,接头热应力大幅降低,接头强度显著提高。采用Cu-Ti非晶/Cu/Ag-Cu复合层对Ti(C,N)-Al2O3/40Cr进行了辅助脉冲电流扩散连接。结果表明,典型接头组织结构为:Ti(C,N)-Al2O3/Cu基固溶体+Cu4Ti+Cu3Ti2/Cu基固溶体+Cu4Ti3/Cu基固溶体/Cu/Fe基固溶体/40Cr钢。保温时间对接头界面的组织与性能有一定的影响,占空比对接头的组织与性能影响较大。在焊接温度为850℃、保温10min、脉冲占空比为12(on):2(off)条件下接头的四点弯曲强度最大,为236MPa。试验研究了Ti(C,N)-Al2O3/Cu53Zr47/Cu/Cu53Zr47/Ti(C,N)-Al2O3辅助脉冲电流扩散连接的接头界面行为与性能。结果表明,活性元素Zr对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料有良好的润湿反应性能,热力学计算表明Zr扩散至Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料与其中的Al2O3发生置换反应,将Al原子的活性激发出来,增强了Al元素的扩散能力,并生成了ZrO2相;焊接温度为930℃、保温6min时接头四点弯曲强度最高,达432.8MPa。焊接温度过高将引起组织分层的增多,脆性化合物层变厚,接头抗弯强度降低;接头断裂失效主要是因为接头中存在较大的焊接残余应力与脆性化合物层,α-Zr相与CuZr2金属间化合物构成的组织为焊缝中的薄弱区域。通过对Ti(C,N)-Al2O3与40Cr进行以Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu及Ag-Cu-Zr/Cu/Ag-Cu为复合中间层的辅助脉冲电流扩散连接试验,重点分析研究元素行为、接头强度及工艺参数对接头强度的影响。结果表明:Zr元素表现出与采用Cu53Zr47非晶相似的扩散反应行为;焊接温度、保温时间与接头四点弯曲强度均遵循抛物线规律;采用Ag-Cu-Zr的焊接接头四点弯曲强度普遍高于采用Ag-Cu-Ti的接头强度,焊接温度为750℃、保温5min条件下采用Ag-Cu-Zr合金箔时接头抗弯强度最大,达275.1MPa。在焊接温度为850℃、保温10min条件下对Zr/Cu/Ti扩散偶进行了辅助脉冲电流扩散连接,获得了界面结合致密且扩散溶解层较厚的焊缝;在同样的焊接工艺参数下,扩散过渡层厚度Cu/Zr侧比Cu/Ti侧更大,说明Zr在Cu中的扩散能力比Ti更强。保温时间对Zr/Cu/Ti扩散偶界面行为的影响较大:保温时间较短时,元素扩散不充分,界面反应程度较低,因此界面的冶金结合不够致密,形成的扩散溶解层也较窄;延长保温时间,元素有足够的时间进行充分的扩散,并参与界面反应导致扩散溶解层厚度的增加。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 宋玉强;李世春;杜光辉;;Ti/Cu扩散溶解层的组织结构和形成规律[J];材料科学与工艺;2010年03期

2 王文光;金属陶瓷刀具的新进展[J];工具技术;1995年10期

3 刘会杰,冯吉才;陶瓷与金属的连接方法及应用[J];焊接;1999年06期

4 王艳芳;李京龙;;瞬间液相扩散焊过程中的接触熔化与等温凝固模型[J];焊接;2006年07期

5 邹家生;赵宏权;蒋志国;;Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料钎焊Si_3N_4陶瓷的界面结构及强度[J];焊接学报;2007年03期

6 韦维,施雨湘;自蔓延高温合成焊接接头形成及断口分析[J];焊接技术;2000年05期

7 吕然超;袁守谦;曹余良;杨拉道;;金属材料应用电脉冲处理技术的研究现状[J];热加工工艺;2009年06期

8 常松,郝兆星,孙红;陶瓷和金属的钎焊[J];沈阳建筑工程学院学报;1997年04期

，

本文编号：1259710