陶瓷基复合材料液相扩散焊技术研究

发布时间：2017-08-10 22:24

  本文关键词：陶瓷基复合材料液相扩散焊技术研究

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【摘要】：Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料具有较高的红硬性、耐磨性以及抗氧化性,是制作高速切削刀具的理想材料。但它脆韧性及耐冲击性能较差,难以通过机械加工制成复杂零构件,从而制约了它的推广应用。因此,实现Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料的可靠连接,在工程上有着一定的应用价值。本课题分别采用Ti/Cu/Ti、Zr/Cu/Zr、Cu36Zr64对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行连接,并使用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、万能试验机等分析测试手段对接头显微组织、元素分布及断口形貌等进行分析,研究了不同中间层材料和工艺参数对接头组织及力学性能的影响。对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料采用Ti箔/Cu箔/Ti箔复合中间层进行部分瞬间液相扩散连接,研究发现:在焊接温度1050℃、保温15min的工艺参数下得到最大的抗弯强度,为207MPa,接头典型结构为Ti(C,N)-Al2O3/Ti3Al+Ti Al+Ti Al3+Ti2Ni+Ti O/Cu Ti+Cu4Ti3+Cu Ti2+Cu基固溶体/Cu箔,不同的工艺参数下得到的界面相结构也不同。接头断裂方式为陶瓷基体脆性断裂,扩散过渡区中形成的Ti Al3脆性化合物层显著降低接头的力学性能。Ti(C,N)-Al2O3/Zr/Cu/Zr/Ti(C,N)-Al2O3部分瞬间液相扩散连接。结果表明,Zr元素对陶瓷基复合材料有良好的润湿扩散性能,从而使接头形成扩散过渡区与Zr富集区。保温时间对连接接头的组织形态及力学性能有较大的影响,保温时间过短Zr向陶瓷内的扩散不充分,而过长的保温时间又会使Zr、Cu在界面反应生成大量脆性化合物,降低接头强度。焊接温度为1050℃,保温15min时可以得到四点弯曲强度最高、界面结合致密、组织均匀的焊接接头。采用Cu36Zr64非晶钎料真空钎焊Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料,结果表明,Cu元素向陶瓷基复合材料内的扩散趋势强烈,而Zr元素的活性受到抑制。在焊接温度为1000℃,保温15min,1MPa的工艺参数下获得四点弯曲强度最高的连接接头,接头界面组织结构为Ti(C,N)-Al2O3/α-(Ti,Zr)+Cu2Ti Zr/Cu Zr2+(α-Zr)/Cu固溶体/Cu。接头主要断裂方式为混合型断裂,较大的残余应力与Cu2Ti Zr、Cu Zr2在连接界面的大量富集成为断裂的主要原因。
【关键词】：Ti(C N)-Al2O3陶瓷基复合材料 部分瞬间液相扩散焊 微观组织 力学性能
【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】：TB33;TG453.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 课题的背景和意义13
• 1.2 Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料的性能特点及其应用13-15
• 1.2.1 Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料性能特点13-14
• 1.2.2 Ti(C,N)陶瓷基复合材料的应用14-15
• 1.3 陶瓷及陶瓷基复合材料连接技术的研究现状15-21
• 1.3.1 钎焊15-16
• 1.3.2 固相扩散焊16-17
• 1.3.3 自蔓延高温合成焊接法17-18
• 1.3.4 脉冲电流热压焊接18-19
• 1.3.5 液相扩散焊19-21
• 1.4 陶瓷及陶瓷基复合材料接头界面反应及性能的研究现状21-23
• 1.4.1 界面反应21-22
• 1.4.2 接头性能研究22-23
• 1.5 本课题的研究内容23-24
• 第2章 试验材料设备及方法24-32
• 2.1 试验材料24-25
• 2.2 试验设备及工艺25-27
• 2.2.1 钎料熔炼设备25
• 2.2.2 非晶箔带制备工艺25-26
• 2.2.3 真空扩散焊设备26-27
• 2.3 试验方法27-32
• 2.3.1 焊接材料的表面处理及装配27-28
• 2.3.2 工艺参数的选择28-30
• 2.3.3 接头强度试验30
• 2.3.4 显微组织和断.分析试验30-32
• 第3章 采用Ti/Cu/Ti中间层部分瞬间液相扩散连接陶瓷基复合材料32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 接头微观组织及元素分析32-34
• 3.3 工艺参数对接头微观组织的影响34-40
• 3.3.1 保温时间对接头微观组织的影响34-37
• 3.3.2 焊接温度对接头微观组织的影响37-40
• 3.4 焊接接头的四点弯曲试验及断裂方式分析40-43
• 3.4.1 四点弯曲试验40-41
• 3.4.2 接头断裂机制研究41-43
• 3.5 Ti(C,N)-Al_2O_3/Ti/Cu扩散连接界面反应分析43-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 Ti(C,N)-Al_2O_3/Zr/Cu/Zr/Ti(C,N)-Al_2O_3部分瞬间液相扩散焊48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 界面微观形貌及元素扩散行为分析48-52
• 4.2.1 界面微观形貌分析48-49
• 4.2.2 界面元素扩散行为分析49-52
• 4.3 保温时间对接头组织及元素扩散行为的影响52-54
• 4.4 四点弯曲强度及断裂机制的研究54-59
• 4.4.1 接头四点弯曲强度测试分析54-56
• 4.4.2 微观断.形貌与断裂机制56-59
• 4.5 PTLP连接接头形成过程59-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第5章 Cu_36Zr_64非晶钎料连接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料62-77
• 5.1 引言62
• 5.2 接头界面组织形貌及元素扩散分析62-66
• 5.2.1 界面微观组织形貌62-64
• 5.2.2 接头元素扩散行为64-66
• 5.3 工艺参数对接头组织的影响66-70
• 5.3.1 焊接温度对接头界面结构的影响66-68
• 5.3.2 保温时间对接头界面组织的影响68-70
• 5.4 连接接头四点弯曲强度及断裂行为70-74
• 5.4.1 钎焊接头四点弯曲强度分析70-71
• 5.4.2 接头断裂行为分析71-74
• 5.5 钎焊连接接头的形成过程74-76
• 5.6 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：653009