Ni噴涂層下鈦-鋼電阻釬焊工藝及接頭形成機(jī)制.pdf

1、鈦合金與不銹鋼的異種材料連接件能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種材料在性能與經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，其在航空工業(yè)、石油化工容器、核動(dòng)力裝置等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。但鈦合金與不銹鋼連接時(shí)，由于鈦/鋼的熱物理性能差異很大，焊接接頭中又容易生成大量的低熔點(diǎn)共晶組織及 TiFe、TiFe2等脆性金屬間化合物，使得接頭極易開(kāi)裂，力學(xué)性能下降，無(wú)法滿足焊縫質(zhì)量及產(chǎn)品使用要求。針對(duì)鈦合金與不銹鋼焊接時(shí)，接頭中因生成大量 Fe-Ti等金屬間化合物而使其力學(xué)性能降低的問(wèn)題，探索了一

2、種采用熱噴涂在不銹鋼表面制備 Ni噴涂層，以噴涂層為過(guò)渡層，Ag45CuZn為釬料，實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼可靠連接的電阻釬焊工藝方法。并研究了不同 Ni噴涂層厚度下，鈦/鋼搭接釬焊接頭的力學(xué)性能、微觀組織及噴涂層對(duì) Ti、Fe等原子擴(kuò)散行為的影響，討論了鈦/鋼接頭力學(xué)性能提高的成因，以及噴涂層、釬料共同作用下的組織特征及接頭形成機(jī)制。主要工作如下：
　　（1）采用超音速等離子噴涂制備了不同厚度的 Ni噴涂層，研究了噴涂層厚度對(duì)噴涂層表

3、面形貌、組織結(jié)構(gòu)、物相組成以及結(jié)合強(qiáng)度的影響規(guī)律，SEM、EDS、XRD分析及剝離試驗(yàn)結(jié)果表明，不同厚度噴涂層的物相組成基本相同，都為單質(zhì) Ni，結(jié)合強(qiáng)度差異較小。但噴涂層組織結(jié)構(gòu)隨著厚度的增加，由疏松變得越來(lái)越致密，而孔隙率越來(lái)越小。
　?。?）探索了一種噴涂層為中間過(guò)渡層的鈦/鋼電阻釬焊工藝方法，研究了密封膠層、焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力等工藝參數(shù)對(duì)接頭組織和性能的影響規(guī)律。研究表明，電阻釬焊時(shí)，長(zhǎng)的焊接時(shí)間、相對(duì)小的電極壓

4、力及適當(dāng)?shù)暮附与娏飨嗥ヅ涞墓に噮?shù)可滿足釬料的潤(rùn)濕、鋪展及母材原子擴(kuò)散的接頭形成機(jī)理要求。密封膠層的保護(hù)措施可以有效地防止接頭氧化，噴涂層的介入使釬焊接頭力學(xué)性能顯著提高，實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼的可靠連接。
　　（3）研究了噴涂層厚度在0-63μm范圍變化時(shí)，其對(duì)鈦/鋼搭接釬焊接頭力學(xué)性能、微觀組織及原子擴(kuò)散行為的影響機(jī)制。接頭剪切強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及SEM、EDS、XRD等分析表明，噴涂層厚度不同，其疏松透過(guò)性組織特征不同，因而對(duì)釬料的潤(rùn)

5、濕、鋪展，以及母材中Fe、Cr、Ti等原子的擴(kuò)散行為影響不同。當(dāng)噴涂層厚度為27μm時(shí)，其接頭獲得較高的剪切強(qiáng)度，可達(dá)257.41MPa。噴涂層的介入顯著降低了 Fe-Ti、Cr-Ti等脆性相的含量，使脆性相的分布區(qū)域明顯變窄，Ni原子與母材中Fe、Cr、Ti等原子通過(guò)冶金過(guò)程、擴(kuò)散反應(yīng)，生成了具有一定塑性的 Fe-Ni、Fe-Cr-Ni、Ti-Ni等多種 Ni基化合物，并與釬料共同形成了具有多層反應(yīng)區(qū)特征的顯微組織，正是這種多層顯微組

6、織實(shí)現(xiàn)了鈦合金與不銹鋼連接時(shí)組織和性能上的過(guò)渡，也是其接頭力學(xué)性能得到顯著提高的主要原因。
　?。?）在不銹鋼側(cè)熱噴涂制備的 Ni噴涂層，有效地改變了不銹鋼母材原子參與釬焊擴(kuò)散的反應(yīng)機(jī)制，但噴涂層中Ni原子與鈦合金母材中Ti等原子發(fā)生化合，形成的 Ni-Ti系脆性金屬間化合物不利于接頭力學(xué)性能的提高，導(dǎo)致近鈦合金側(cè)成為釬焊接頭的薄弱處。因此，在近鈦合金側(cè)尋求一種能與 Ti元素固溶或者化合，且不生成脆性相的過(guò)渡層，是一條值得探索的解