Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷-鋼擴散焊接頭微觀結(jié)構(gòu)及斷裂研究.pdf

1、復(fù)合陶瓷具有比單組分陶瓷更優(yōu)異的性能而得到更廣泛的重視和應(yīng)用。Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷具有高硬度、高耐磨性、耐高溫、耐腐蝕及抗氧化等性能使其在機械、冶金等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但由于其不易成型加工、韌性及耐沖擊能力差，將其與金屬焊接成復(fù)合構(gòu)件是發(fā)揮其性能的有效途徑之一。但陶瓷與金屬之間不易獲得性能連續(xù)的結(jié)合界面，接頭易產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致焊接裂紋等，因此，研究Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷與金屬之間的焊接問題尤為必要。
　　

2、采用Ti/Cu/Ti復(fù)合中間層，利用過渡液相擴散焊方法對Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷與Q235低碳鋼及1Cr18Ni9Ti不銹鋼的焊接進行研究。Al2O3-TiC/Q235鋼擴散焊控制加熱溫度1120～1160℃，保溫時間30～60min，焊接壓力10～15MPa，接頭剪切強度為116～143MPa;Al2O3-TiC/18-8鋼擴散焊控制加熱溫度1110～1150℃，保溫時間30～60min，焊接壓力10～15MPa，接頭剪切強度為10

3、1～125MPa。采用掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)和X射線衍射儀(XRD)對Al2O3-TiC/鋼擴散焊接頭的微觀組織、元素分布、界面相結(jié)構(gòu)以及接頭的剪切斷裂機制等進行研究，建立焊接工藝參數(shù)、界面過渡區(qū)組織結(jié)構(gòu)、微觀裂紋及斷裂機制的關(guān)系，揭示其內(nèi)在規(guī)律性。
　　 Al2O3-TiC/鋼擴散焊接頭存在組織特征不同于兩側(cè)基體的擴散焊界面過渡區(qū)，界面過渡區(qū)由兩個區(qū)域組成:中間層擴散反應(yīng)區(qū)和鋼側(cè)擴散反應(yīng)區(qū)。中間層擴散反應(yīng)區(qū)由

4、Ti/Cu/Ti中間層中的元素與擴散進入該區(qū)的兩側(cè)基體元素擴散反應(yīng)形成，其組織結(jié)構(gòu)不同于兩側(cè)的Al2O3-TiC陶瓷和鋼;鋼側(cè)擴散反應(yīng)區(qū)位于鋼基體內(nèi)，為中間層中的元素(主要是Ti)擴散進入鋼基體內(nèi)一定距離并與鋼中的元素擴散反應(yīng)，改變了鋼基體元素的分布狀態(tài)，其組織特征不同與鋼基體。
　　 對Al2O3-TiC/鋼擴散焊接頭的元素分布及微觀相結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)果表明，Ti、Cu與兩側(cè)基體元素相互擴散，在Al2O3-TiC陶瓷界面附近形

5、成Ti的氧化物(TiO)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)氧化物(Cu3Ti3O、Fe3Ti3O、Ni3Ti3O)。TiO相通過Ti與Al2O3間的反應(yīng)形成，其具有金屬性質(zhì)潤濕Al2O3-TiC陶瓷，Cu、Fe、Ni與Ti及TiO相反應(yīng)生成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)氧化物(Cu3Ti3O、Fe3Ti3O、Ni3Ti3O)同樣具有金屬性質(zhì)進一步潤濕Al2O3-TiC陶瓷，促進Al2O3-TiC陶瓷與鋼間實現(xiàn)牢固的冶金連接。中間層反應(yīng)區(qū)的殘余Cu以固溶體的形式存在有利于緩解接頭的

6、殘余應(yīng)力，界面過渡區(qū)內(nèi)的Fe-Ti脆性金屬間化合物易于誘發(fā)裂紋。
　　 Al2O3-TiC/鋼異種材料擴散焊接頭剪切斷裂時表現(xiàn)為三種斷裂路徑:界面斷裂，混合斷裂，陶瓷斷裂?；旌蠑嗔训膹姸雀哂诮缑鏀嗔押吞沾蓴嗔?。Al2O3-TiC/鋼擴散焊接頭發(fā)生陶瓷斷裂時呈現(xiàn)鏡面區(qū)-霧狀區(qū)-鋸齒區(qū)的斷口形貌，為典型的脆性斷裂。Al2O3-TiC/Q235鋼接頭發(fā)生混合斷裂時裂紋始于中間層反應(yīng)區(qū)的Cu-Ti金屬間化合物層，向Al2O3-TiC陶瓷