Gr-2024Al復合材料與TC4自蔓延輔助釬焊工藝及機理研究.pdf

1、本文針對姿控發(fā)動機推力室噴管與金屬過渡環(huán)連接的迫切需求，結(jié)合Gr/2024Al復合材料自身發(fā)汗性能，提出了Gr/2024Al復合材料與TC4鈦合金的自蔓延輔助釬焊方法，綜合理論分析與試驗結(jié)果，優(yōu)化自蔓延中間層設(shè)計，確定了典型界面結(jié)構(gòu)，分析了工藝參數(shù)及其它影響因素對接頭界面及力學性能的影響規(guī)律，分析了中間層自蔓延反應機理，研究了自蔓延輔助釬焊過程中快速冷卻條件下釬料的作用機制，確定了界面演化規(guī)律及特殊界面形貌形成原因。
　　基于Gr

2、/2024Al成分及自蔓延體系熱力學分析結(jié)果，設(shè)計了TiAlCCu中間層，并采用該中間層輔助AgCuTi釬料釬焊Gr/2024Al與TC4，所得接頭典型界面結(jié)構(gòu)為Gr/2024Al復合材料/Ti3AlC2/Ag(s.s)+Al4Cu9+Al5CuTi2/Ti+TiAl3+Al5CuTi2+Ag-Al+C/TiAl3/TC4鈦合金。連接工藝對接頭界面結(jié)構(gòu)及力學性能存在顯著影響。當預熱溫度為650℃保溫時間15min時，接頭室溫抗剪強度最高

3、為11MPa，300℃高溫抗剪強度為8MPa。接頭發(fā)生斷裂時裂紋由Gr/2024Al與釬縫界面處萌生并沿界面向母材內(nèi)部擴展。分析了自蔓延體系中各元素作用機制及接頭界面形成機理，研究了TiAlCCu體系中C團聚行為對連接工藝穩(wěn)定性的影響。
　　為解決TiAlCCu體系中C團聚問題，設(shè)計了NiAl中間層體系輔助AgCuTi釬料實現(xiàn) Gr/2024Al與TC4的釬焊連接。接頭界面典型結(jié)構(gòu)為Gr/2024Al復合材/Ti3AlC2/Ag(

4、s.s)+Al4Cu9+Al5CuTi2/Al(Cu,Ni)/Ni+Ag(s.s)+NiAl+Ni3Al+Ni2Al3/Al(Cu, Ni)/Al(Cu,Ni)+CuNi+Ti(Cu,Ni)/TiCu/TC4鈦合金。通過優(yōu)化中間層配制工藝獲得Ni、Al粉末最佳配比為1:1，最佳顆粒度為10μm及7μm。研究了連接工藝對接頭界面及力學性能的影響。當預熱溫度為670℃保溫時間15min時接頭獲得最佳室溫抗剪強度13MPa，300℃高溫抗剪強

5、度為9MPa，此時接頭斷裂發(fā)生在母材近界面區(qū)。
　　采用淬熄試驗及特征溫度試驗分析了NiAl中間層自蔓延反應過程，在預熱過程中首先發(fā)生Ni、Al固相擴散，當體系中液相生成后，Ni的溶解占據(jù)主導地位，隨后NiAl從液相中析出，并最終在該體系中形成均一的NiAl組織。對接頭中AgCuTi釬料焊后特殊形貌成因進行了分析，結(jié)果表明自蔓延體系下的快速冷卻使釬料組織中的Al、Cu等元素來不及充分擴散截留在Ag中，形成過飽和固溶體與傳統(tǒng)AgCu