高熵合金與鋁、銅及不銹鋼異種材料擴(kuò)散焊研究.pdf

1、由于單相FCC結(jié)構(gòu)的CoCrFeMnNi高熵合金對(duì)常見(jiàn)的有色金屬材料(Al、Cu、Mg、Ti等)有比較大的固溶度，即有色金屬溶于CoCrFeMnNi高熵合金的量在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，并不會(huì)引起高熵合金晶體結(jié)構(gòu)的變化，再加上其擴(kuò)散系數(shù)小等特點(diǎn)，高熵合金有作為異種金屬連接中擴(kuò)散阻擋層的可能性。針對(duì)異種金屬連接中由于物理化學(xué)性能差異過(guò)大易產(chǎn)生裂紋、界面易生成金屬間化合物導(dǎo)致接頭脆化等問(wèn)題，本文運(yùn)用真空擴(kuò)散焊技術(shù)分別研究了CoCrFeMnNi高熵

2、合金與Al、Cu、304不銹鋼的連接，利用掃描電鏡、EDS能譜分析、顯微硬度測(cè)試和拉伸試驗(yàn)機(jī)研究了擴(kuò)散焊溫度對(duì)原子界面行為和接頭機(jī)械性能的影響規(guī)律，探索高熵合金直接應(yīng)用于焊接領(lǐng)域或作為異種金屬連接的中間層材料的可行性。
　　在540-600℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與鋁的連接，接頭抗拉強(qiáng)度隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，570℃達(dá)到其最高值105Mpa，最大應(yīng)變約為1.8％。經(jīng)XRD、EDS分析結(jié)合界面硬

3、度研究發(fā)現(xiàn)，界面上形成了Al79.5(CrMnFeCoNi)20.5型脆性金屬間化合物，且隨著溫度的升高，界面上的化合物由島狀逐漸長(zhǎng)大接觸形成層狀的化合物，隨著溫度的升高化合物層的厚度逐漸增厚。570℃化合物層的厚度為0.91um，化合物層致密且無(wú)缺陷。當(dāng)溫度達(dá)到585℃化合物層厚度增加到2.3um時(shí)有裂縫出現(xiàn)，溫度繼續(xù)升高裂縫趨勢(shì)進(jìn)一步加劇。拉伸試驗(yàn)后斷裂均發(fā)生在擴(kuò)散層上，540℃時(shí)斷口為韌性斷裂模式，555℃時(shí)斷口上開(kāi)始出現(xiàn)脆斷模式

4、，直到585℃脆斷為主要斷裂模式?？梢?jiàn)，化合物層的厚度較薄的時(shí)候?qū)宇^強(qiáng)度影響較小，厚度較厚的時(shí)候由于自身的脆性在外加載荷的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致接頭的強(qiáng)度急劇下降。
　　在750-850℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與銅的良好連接，結(jié)合菲克擴(kuò)散第二定律計(jì)算和分析了Cu原子在高熵合金中的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明：Cu在高熵合金一側(cè)的擴(kuò)散速率大于高熵合金組元在Cu側(cè)的擴(kuò)散，隨溫度增加，高熵合金組元向Cu側(cè)擴(kuò)散時(shí)其在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)

5、濃度分布降低的程度按Mn＞Cr＞Fe＞Co＞Ni的順序依次減小。理論計(jì)算表明，Cu在高熵合金中的平均擴(kuò)散系數(shù)明顯小于銅在不銹鋼中的平均擴(kuò)散系數(shù)。經(jīng)擴(kuò)散反應(yīng)后，Cu/高熵合金界面附近均可形成FCC型固溶體組織的反應(yīng)層，無(wú)金屬間化合物產(chǎn)生。所有擴(kuò)散連接接頭拉伸后其斷裂均發(fā)生在遠(yuǎn)離界面的銅側(cè)，隨擴(kuò)散焊溫度升高，其抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變有所降低，其中750℃時(shí)銅的抗拉強(qiáng)度與應(yīng)變分別達(dá)到最大值224MPa和33%。
　　在900℃-1000℃溫度范