GNSs增強(qiáng)復(fù)合活性釬料釬焊C-C復(fù)合材料與TC4的工藝研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有密度低、熱膨脹系數(shù)小、優(yōu)異的抗疲勞能力和高溫性能等特點(diǎn)，是航空航天領(lǐng)域的一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。本課題針對常規(guī)AgCuTi釬料釬焊C/C復(fù)合材料與TC4鈦合金存在的不足，制備了石墨烯納米片(GNSs)增強(qiáng)的AgCuTi復(fù)合釬料(AgCuTiG)。研究了GNSs含量對釬料潤濕性、接頭界面組織及力學(xué)性能的影響。最后通過優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)一步提高了接頭的力學(xué)性能，并分析了接頭的形成過程機(jī)制與GNSs強(qiáng)化釬縫的機(jī)理。
　　采

2、用機(jī)械球磨方法制備了GNSs增強(qiáng)的AgCuTi復(fù)合釬料，釬料各組分在球磨后分布較為均勻，且球磨過程對釬料的物相組成無影響。潤濕試驗(yàn)表明，GNSs的加入降低了釬料的潤濕性并細(xì)化了潤濕界面組織。當(dāng)GNSs含量低于0.3wt.％時，潤濕性降低幅度較??；當(dāng)GNSs含量超過0.3wt.%時，釬料的潤濕性下降較為明顯。
　　TC4/AgCuTiG/C/C復(fù)合材料接頭典型界面組織結(jié)構(gòu)為TC4/擴(kuò)散層+Ti2Cu+TiCu+Ti3Cu4+TiCu

3、4/Ag(s,s)+Cu(s,s)+GNSs+TiCu+TiC/TiC/C/C復(fù)合材料。GNSs的加入，細(xì)化了接頭界面組織，并提高了接頭強(qiáng)度。然而，當(dāng)GNSs含量超過0.3wt.%時，反而惡化了接頭力學(xué)性能。880℃/10min條件下，當(dāng)GNSs含量為0.3wt.%時，接頭剪切強(qiáng)度最高為23.3MPa。斷口分析表明，接頭的斷裂位置與GNSs含量和C/C復(fù)合材料碳纖維的方向有關(guān)。Ti元素與Cu元素的相互擴(kuò)散在TC4側(cè)形成濃度梯度，從而導(dǎo)致

4、不同Ti-Cu層的形成。GNSs阻礙了元素?cái)U(kuò)散，從而抑制了母材側(cè)反應(yīng)層的生長，并作為異質(zhì)形核的核心促進(jìn)了TiCu和TiC相的形成。C/C復(fù)合材料側(cè)的TiC層主要由擴(kuò)散到C/C表面的Ti元素與C元素反應(yīng)所形成。
　　釬焊工藝參數(shù)對接頭組織和力學(xué)性能影響較大。當(dāng)釬焊溫度較低或保溫時間較短時，母材側(cè)的擴(kuò)散層和反應(yīng)層較薄，GNSs呈長條狀分布于釬縫中心。隨溫度的升高和保溫時間的延長(900℃/10min)，釬縫中心組織更加細(xì)化，GNSs很

5、難被觀察到，形成了顆粒增強(qiáng)的復(fù)合釬縫組織，此時接頭強(qiáng)度獲得最大值為30.2MPa，接頭主要斷裂在C/C復(fù)合材料基體上。進(jìn)一步提高釬焊溫度或延長保溫時間，TC4側(cè)的Ti3Cu4層幾乎消失，釬縫中心形成了大量塊狀TiCu化合物，同時在C/C復(fù)合材料側(cè)形成了較厚TiC層。增強(qiáng)相在基體中的彌散分布強(qiáng)化了釬縫。強(qiáng)化方式主要以細(xì)晶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化和Orowan強(qiáng)化為主。復(fù)合釬縫的形成提高了自身的強(qiáng)度，調(diào)整了釬縫和母材間熱膨脹系數(shù)與彈性模量的不匹配，因