TiAl與Cf-Al激光誘導(dǎo)自蔓延連接工藝及機理研究.pdf

1、本文針對TiAl金屬間化合物和Cf/Al復(fù)合材料的連接需求,系統(tǒng)研究了二者的自蔓延連接。結(jié)合材料自身性能和理論基礎(chǔ),優(yōu)化設(shè)計了中間層。利用掃描電鏡、能譜分析、XRD衍射分析、差熱分析和強度測試等方法,研究了中間層自蔓延反應(yīng)、自蔓延連接過程的熱分析,對激光誘導(dǎo)下獲得的連接接頭界面結(jié)構(gòu)進行了分析,并闡述了工藝參數(shù)對接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響規(guī)律,分析了接頭的形成機理。
　　確定了自蔓延連接是連接TiAl和Cf/Al的最佳方法,基于熱

2、力學(xué)和中間層設(shè)計原則,確定采用Ni-Al粉末中間層,并對Ni-Al中間層的絕熱溫度進行了計算。通過差熱分析,確定了Ni-Al中間層的理論引燃溫度為640℃,研究了中間層燃燒、自蔓延連接過程中的傳熱問題。結(jié)果表明,Ni-Al中間層實際引燃溫度受比表面積影響,比表面積越大,實際引燃溫度越高,其單位面積導(dǎo)熱散失的熱量大于熱輻射散失的熱量。增大加熱速率能減緩中間層在加熱過程中的熱量散失,對降低自蔓延反應(yīng)引燃溫度起到促進作用。在母材和夾具間添加隔

3、熱材料能使熱量最大限度地用于母材和臨近中間層的升溫,對燃燒波傳播起到促進作用。
　　采用激光引燃中間層對TiAl和Cf/Al進行連接,采用Ni-Al中間層進行連接時,接頭中產(chǎn)生了一系列缺陷。采用Ni-Al-Ti中間層,可以顯著減少接頭中的缺陷,得到良好的接頭,接頭的界面結(jié)構(gòu)為TiAl/γ/Ni3Al+NiAl高溫殘留相/NiAl+富Al-γ/Ni3Al+NiAl高溫殘留相/Ni2Al3/NiAl3/Cf/Al+NiAl3/Cf/A

4、l。中間層中Ti-Al體系含量的增大使反應(yīng)產(chǎn)物由NiAl向NiAl+富Al-γ轉(zhuǎn)變,接頭致密度升高。Ti-Al體系含量為0.1時,強度最大為24.12MPa;Ti-Al體系含量的過大或過小都將增加接頭中缺陷,影響接頭性能。制坯壓力增大,接頭致密度增大,強度升高。連接壓力增大,接頭致密度增大,界面處拉應(yīng)力減小,反應(yīng)層裂紋傾向減小,對接頭強度起到促進作用。連接壓力過大時,中間層產(chǎn)物產(chǎn)生裂紋,Cf/Al發(fā)生破碎,接頭強度降低。
　　利用