基于塊體非晶合金的瞬時過冷液相擴(kuò)散連接研究.pdf

1、擴(kuò)散連接技術(shù)是一種精密的連接方法，有著接頭強(qiáng)度高，變形小，成型美觀等優(yōu)點(diǎn)，同時還能焊接異種材料，如陶瓷與金屬、鐵與銅等，是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文提出了一種新型擴(kuò)散焊接方法——瞬時過冷液相擴(kuò)散連接方法，該方法是以塊體非晶合金作為中間層，利用其在過冷液相區(qū)的超塑性連接母材，然后升高溫度通過原子相互擴(kuò)散實現(xiàn)冶金結(jié)合的焊接方法。
　　本文以Cr18Mn18N高氮鋼及TiAl-Ni(GH4049)異種材料為研究對象，通過XRD、S

2、EM、DSC、EDS、顯微硬度、拉伸強(qiáng)度等分析方法，分析了連接接頭的微觀形貌、組織成分和力學(xué)性能，主要研究結(jié)果如下:
　　1)本文提出了瞬時過冷液相擴(kuò)散連接，分析了瞬時過冷液相擴(kuò)散連接基本原理和特點(diǎn)，描述其主要過程，并與其他焊接方法對比。通過實驗證明這種方法可以在高氮鋼和TiAl-Ni異種金屬的相變點(diǎn)以下實現(xiàn)材料的有效連接。
　　2)通過Pilling模型描述瞬時過冷液相擴(kuò)散連接的過程，主要分為塑形變形階段，縮孔階段，其中縮

3、孔階段主要依靠塑形變形、原子擴(kuò)散方式來縮孔。在第二階段初期主要依靠塑形變形來提高界面接觸面積，隨著連接的進(jìn)行，之后原子的擴(kuò)散占據(jù)了主要作用。并以公式描述瞬時過冷液相擴(kuò)散連接的連接溫度、外加壓強(qiáng)及完成連接所需時間之間的規(guī)律，模擬Zr50Al15Ni10Cu25非晶合金在TiAl-Ni高溫合金中以5MPa/773～1113K條件下完成高質(zhì)量連接的下限時間為3.86ks左右。
　　3)通過機(jī)械合金化方法制備了Fe60Cr15Mn10N1

4、5塊體非晶合金粉末，通過DSC分析可知所制備非晶的相關(guān)參數(shù)為:玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg=437℃，晶化溫度Tx=519℃，過冷液相區(qū)寬度ΔTx=82℃。以Fe60Cr15Mn10N15非晶合金作為中間層，對Cr18Mn18N高氮鋼進(jìn)行瞬時過冷液相擴(kuò)散連接。隨著擴(kuò)散溫度和保溫時間的提高，界面冶金結(jié)合良好，接頭力學(xué)性能有所提高。在高氮鋼的固溶相變溫度以下，連接壓力為5MPa時，當(dāng)連接溫度為480℃時保溫30min，擴(kuò)散溫度為950℃時保溫90min

5、后所得到的接頭力學(xué)性能最高，接頭強(qiáng)度最高達(dá)到了432MPa;
　　4)以Zr50Al15Ni10Cu25非晶合金作為中間層，對TiAl-Ni(GH4049)異種材料進(jìn)行瞬時過冷液相擴(kuò)散連接，接頭結(jié)合良好，接頭力學(xué)性能隨連接溫度的升高和擴(kuò)散時間的延長而得到改善。在GH4049合金時效相變溫度以下，連接壓力為5MPa時，當(dāng)連接溫度480℃時保溫30min，擴(kuò)散溫度為880℃時保溫90min后所得到的接頭力學(xué)性能最高，接頭強(qiáng)度最高達(dá)到了