加鎳中間層的表面自納米化鈦合金-不銹鋼擴(kuò)散焊接.pdf

1、在異種金屬材料的固態(tài)擴(kuò)散連接過程中，由于材料之間存在較大的物理、化學(xué)和力學(xué)性能差異，使得在連接界面處易生成金屬間化合物并在接頭處晶粒粗化、接頭內(nèi)應(yīng)力增大，從而很難獲得較好的接頭綜合性能。針對這些問題，本文在前期研究基礎(chǔ)上，利用表面納米晶所提供的大量非平衡缺陷作為短程擴(kuò)散通道，同時借助于脈沖壓力減小原子擴(kuò)散過程中的勢壘并利用鎳中間層阻隔鐵-鈦間的直接擴(kuò)散，以期盡量減少Fe-Ti金屬間化合物的形成，降低焊接溫度，縮短焊接時間，進(jìn)一步提高焊接

2、接頭的性能。
　　本試驗采用厚度為12.5μm的鎳箔作為中間層對表面自納米化后的鈦合金與不銹鋼進(jìn)行了脈沖加壓擴(kuò)散連接。本文通過調(diào)整工藝參數(shù)（溫度、脈沖加壓次數(shù)）進(jìn)行了多次擴(kuò)散連接試驗，借助金相觀察、顯微硬度測試、掃描電鏡觀察、能譜分析和X射線衍射等分析手段，研究了鈦合金與不銹鋼接頭界面組織結(jié)構(gòu)，得出溫度和脈沖加壓次數(shù)對接頭質(zhì)量的影響規(guī)律，并得出最佳連接工藝參數(shù)。結(jié)合界面結(jié)構(gòu)形成機(jī)制對連接界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)連接界面形成了α

3、-Ti/β-Ti/Ni在β-Ti中固溶體/Ni3Ti/NiTi/NiTi2/鎳層/Fe-Ni固溶體/γ-Fe的連續(xù)過渡的層狀結(jié)構(gòu)。
　　試驗結(jié)果表明，表面自納米化后TA17鈦合金與0Cr18Ni9Ti不銹鋼加鎳箔中間層脈沖加壓擴(kuò)散連接的最佳連接工藝參數(shù)為：連接溫度T＝850℃、脈沖壓力P＝8～50MPa、脈沖次數(shù)N＝40次、脈沖頻率f=0.5Hz、脈沖前保溫時間t1=0s、脈沖后保溫時間t2=120s。在此工藝下得到的接頭強(qiáng)度達(dá)到

4、322.7MPa，連接用時僅為180s。由于考慮到接頭金屬間化合物層和壓縮率的影響，脈沖加壓次數(shù)增加，接頭綜合性能降低。通過斷裂機(jī)制的微觀分析，拉伸斷裂發(fā)生在Ni-Ti金屬間化合物層與鎳層之間，鎳箔有效地阻止了Fe、Ti間的相互擴(kuò)散和遷移，避免界面上更多的脆性金屬間化合物產(chǎn)生，在鎳與鈦合金連接界面處形成了Ni3Ti/NiTi/NiTi2等新相。
　　對表面自納米化試樣中原子擴(kuò)散動力學(xué)進(jìn)行了計算，計算結(jié)果與常規(guī)粗晶試樣中對應(yīng)的結(jié)果對

5、比表明，Ni原子在納米化后鈦合金中的擴(kuò)散系數(shù)提高。
　　用5％HCL溶液作為電解質(zhì)分別對連接試樣的焊縫、兩側(cè)母材金屬進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗，得到同一區(qū)域金屬在不同電解質(zhì)溶液中抗腐蝕性能不同，在5%HCL電解質(zhì)溶液中連接接頭其抗腐蝕能力大小為：焊縫＞不銹鋼＞鈦合金；
　　通過本試驗研究表明，將表面自納米化和加中間層技術(shù)應(yīng)用于鈦合金與不銹鋼的擴(kuò)散連接中，實現(xiàn)了鈦合金與不銹鋼在短時間和低溫連接，提高了異種材料接頭性能，為異種金屬的連接