采用Au系釬料釬焊石墨與HastelloyN合金的連接工藝和機理研究.pdf

1、熔鹽堆(molten salt reactor, MSR)是第四代核反應(yīng)堆的候選堆型之一，也是國家“未來10年先導研究專項”的重要組成部分。它的堆芯部分主要由石墨、Hastelloy N合金和熔鹽構(gòu)成，研究石墨與 Hastelloy N合金的連接對于熔鹽堆的發(fā)展意義重大。本文采用Au系釬料釬焊石墨與Hastelloy N合金，研究了釬焊工藝及釬料內(nèi)Si含量對接頭組織和力學性能的影響，在此基礎(chǔ)上論述了各區(qū)域內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的形成過程，進而建立接

2、頭的連接機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用Au釬料釬焊石墨與Hastelloy N合金，接頭組成為：石墨/1區(qū)/2區(qū)/3區(qū)/Hastelloy N母材。其中，1區(qū)由Au基固溶體、Ni基固溶體和其內(nèi)部塊狀的Mo2C構(gòu)成；2區(qū)由Au基固溶體和Ni基固溶體構(gòu)成；3區(qū)由Ni基體、原始MoC，以及晶界處連續(xù)的MoC顆粒和晶內(nèi)板條狀的Mo2C構(gòu)成；靠近3區(qū)的Hastelloy N母材內(nèi)晶界處也有MoC顆粒析出。1區(qū)和2區(qū)為液相下形成，3區(qū)

3、為固相下形成。對于1區(qū)和2區(qū)，因為釬焊中所用 Au釬料的量固定，其寬度在不同的釬焊工藝下基本保持不變；3區(qū)的寬度則隨釬焊溫度上升或保溫時間延長而增加。在1060℃保溫90 min下，接頭的平均抗剪強度最高，為34.1 Mpa，與石墨材料的抗剪強度(30.4 Mpa)相當。⑵采用Au+Si釬料釬焊石墨與Hastelloy N合金，接頭組成為：石墨/1區(qū)/2區(qū)/Hastelloy N母材。其中，1區(qū)由Au基固溶體、Ni基固溶體和其內(nèi)部的塊狀

4、Mo6Ni6C構(gòu)成；2區(qū)和Hastelloy N母材的構(gòu)成分別與上述采用Au釬料時的3區(qū)和母材部分相同。1區(qū)為液相下形成，2區(qū)為固相下形成。此外，向釬料中添加Si會促進Mo6Ni6C生成，使1區(qū)寬度增加，但對2區(qū)及相鄰母材的寬度基本無影響。在1060℃保溫10 min下，當釬料中Si含量為5at.％時，接頭的抗剪強度最高，為32.5 Mpa。⑶采用Au釬料釬焊石墨與 Hastelloy N合金的接頭形成過程：釬焊過程中，Au與Haste

5、lloy N母材的Ni基體發(fā)生互溶轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，隨后石墨向釬料內(nèi)溶解。釬料內(nèi)過量的Mo和C使1區(qū)內(nèi)生成了塊狀的Mo2C；釬料中的C擴散進入Hastelloy N母材中，使3區(qū)晶內(nèi)析出了板條狀的Mo2C，晶界處析出了連續(xù)的MoC顆粒；鄰近3區(qū)的母材晶界處同樣有MoC顆粒析出。采用Au+Si釬料釬焊時的接頭形成過程與上述內(nèi)容類似，不同之處在于，在Si的促進作用下，1區(qū)內(nèi)的產(chǎn)物為Mo6Ni6C而非Mo2C。⑷釬焊過程中生成的Mo的碳化物有效降低