Cf-Al復(fù)合材料與TiAl自蔓延連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、本文采用自蔓延連接的方法實現(xiàn)了碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(記作 Cf/Al)與TiAl合金的連接,系統(tǒng)研究了二者在自蔓延連接中界面形成機(jī)制。采用理論分析和基礎(chǔ)試驗相結(jié)合的方法,進(jìn)行了自蔓延中間層的優(yōu)化設(shè)計。利用差熱分析、掃描電鏡以及能譜分析、強(qiáng)度測試和X射線衍射分析的方法,闡述了自蔓延中間層的放熱原理,不同連接工藝參數(shù)下接頭的微觀界面結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能,揭示了連接工藝參數(shù)對接頭力學(xué)性能及界面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。最后,闡述了接頭界面結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。<

2、br>　　針對Cf/Al這種復(fù)合材料的特性,進(jìn)行了Cf/Al焊接性分析;基于體系的熱力學(xué)理論及中間層的選擇原則,初步選取中間層。利用DTA分析以及結(jié)合實際試驗等手段對所選中間層進(jìn)行優(yōu)化,并分別計算了所選的Ti-Al-C-Cu和Al-Ni-CuO粉末中間層體系的絕熱溫度。為了保證自蔓延反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,確定了各粉末中間層的最低預(yù)熱溫度,同時對兩種粉末體系自蔓延反應(yīng)的表觀激活能進(jìn)行了計算。
　　采用Ti-Al-C-Cu粉末中間層,利用熱

3、爆和激光引燃兩種模式,實現(xiàn)了Cf/Al與TiAl合金的自蔓延連接,連接效果良好。由于Cu的擴(kuò)散,在靠近中間層的Cf/Al復(fù)合材料中以及其余中間層的結(jié)合處有Al2Cu的生成;在TiAl一側(cè),有沿著接頭界面連續(xù)分布的金屬間化合物TiAl3層生成。中間層中,產(chǎn)生大量的TiAl3、少量的Ti(Al Cu)2相和少量的鋁銅化合物。連接溫度對接頭界面結(jié)構(gòu)及抗剪強(qiáng)度影響較大,接頭的抗剪強(qiáng)度隨著加熱溫度的增加先增加而后迅速降低。保溫時間對接頭的界面結(jié)構(gòu)

4、影響較小,接頭的抗剪強(qiáng)度隨著保溫時間的增加先增加,而后趨于平穩(wěn)。接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)25.89MPa。闡述了Ti-Al-C-Cu中間層自蔓延連接Cf/Al和TiAl的連接機(jī)理,中間層在加熱過程中產(chǎn)生液相是實現(xiàn)可靠連接的前提條件。
　　采用Al-Ni-CuO粉末中間層,利用真空爐加熱,實現(xiàn)了Cf/Al和TiAl的自蔓延連接?？拷虚g層的Cf/Al復(fù)合材料中以及其余中間層的結(jié)合處有NiAl3的生成;在TiAl一側(cè),有沿著接頭界面連續(xù)分布

5、的金屬間化合物TiAl3層生成。中間層中,產(chǎn)生大量的NiAl3、少量的Al2O3相和少量的鋁銅化合物。連接溫度對接頭界面結(jié)構(gòu)及抗剪強(qiáng)度影響較大,接頭的抗剪強(qiáng)度隨著加熱溫度的增加先增加,當(dāng)加熱溫度超過650℃時,接頭的抗剪強(qiáng)度迅速降低。當(dāng)保溫時間超過10min時,保溫時間對接頭的界面結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能影響不大。接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)39.99MPa。闡述了Al-Ni-CuO自蔓延連接Cf/Al和TiAl的連接機(jī)理,得出Al與CuO的反應(yīng)溫度較低