輔助脈沖電流擴散焊連接陶瓷基復合材料的界面行為.pdf

1、Ti(C,N)陶瓷基復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學穩(wěn)定性，作為刀具材料和高溫結構材料應用前景廣泛。其機加工性能差，難以制造復雜構件，與金屬材料連接時接頭存在較大的熱應力，接頭強度較低。輔助脈沖電流擴散連接通過電阻熱效應產(chǎn)生界面高溫，使陶瓷與鋼等金屬材料在基體低溫狀態(tài)形成致密結合，接頭熱應力大幅降低，接頭強度顯著提高。
　　采用Cu-Ti非晶/Cu/Ag-Cu復合層對Ti(C,N)-Al2O3/40Cr進行

2、了輔助脈沖電流擴散連接。結果表明，典型接頭組織結構為：Ti(C,N)-Al2O3/Cu基固溶體+Cu4Ti+Cu3Ti2/Cu基固溶體+Cu4Ti3/Cu基固溶體/Cu/Fe基固溶體/40Cr鋼。保溫時間對接頭界面的組織與性能有一定的影響，占空比對接頭的組織與性能影響較大。在焊接溫度為850℃、保溫10min、脈沖占空比為12(on)：2(off)條件下接頭的四點彎曲強度最大，為236MPa。
　　試驗研究了Ti(C,N)-Al2

3、O3/Cu53Zr47/Cu/Cu53Zr47/Ti(C,N)-Al2O3輔助脈沖電流擴散連接的接頭界面行為與性能。結果表明，活性元素 Zr對 Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復合材料有良好的潤濕反應性能，熱力學計算表明 Zr擴散至 Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復合材料與其中的Al2O3發(fā)生置換反應，將Al原子的活性激發(fā)出來，增強了Al元素的擴散能力，并生成了ZrO2相；焊接溫度為930℃、保溫6min時接頭四點彎曲強度最高，達43

4、2.8MPa。焊接溫度過高將引起組織分層的增多，脆性化合物層變厚，接頭抗彎強度降低；接頭斷裂失效主要是因為接頭中存在較大的焊接殘余應力與脆性化合物層，α-Zr相與CuZr2金屬間化合物構成的組織為焊縫中的薄弱區(qū)域。
　　通過對 Ti(C,N)-Al2O3與40Cr進行以 Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu及 Ag-Cu-Zr/Cu/Ag-Cu為復合中間層的輔助脈沖電流擴散連接試驗，重點分析研究元素行為、接頭強度及工藝參數(shù)對接頭強度

5、的影響。結果表明：Zr元素表現(xiàn)出與采用Cu53Zr47非晶相似的擴散反應行為；焊接溫度、保溫時間與接頭四點彎曲強度均遵循拋物線規(guī)律；采用Ag-Cu-Zr的焊接接頭四點彎曲強度普遍高于采用 Ag-Cu-Ti的接頭強度，焊接溫度為750℃、保溫5min條件下采用Ag-Cu-Zr合金箔時接頭抗彎強度最大，達275.1MPa。
　　在焊接溫度為850℃、保溫10min條件下對Zr/Cu/Ti擴散偶進行了輔助脈沖電流擴散連接，獲得了界面結合