TiC-Ni金屬陶瓷與45鋼的釬焊連接機理及界面層生長行為.pdf

1、作為一種新型材料，利用SHS法合成的TiC金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性及與金屬間極低的摩擦系數(shù)，而且還具有一定的塑韌性，若能將這種材料與45鋼釬焊連接制成一種新型的汽車挺柱，必將會有很廣闊的應用前景。研究TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應現(xiàn)象和規(guī)律，對于提高連接接頭或復合材料的性能具有重要的指導作用，也為研究金屬陶瓷與金屬之間的界面反應提供一定的理論基礎。因此，本文采用試驗研究和理論分析相結合的方法，對AgCuZn釬料連接TiC金屬

2、陶瓷與45鋼的界面反應機理及反應層的成長行為進行深入研究。 通過對TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭界面反應的試驗和分析，發(fā)現(xiàn)TiC金屬陶瓷中的Ni對界面反應產(chǎn)物和界面結構的形成有直接影響。采用AgCuZn釬料對TiC金屬陶瓷與45鋼進行釬焊后，從TiC金屬陶瓷側開始接頭的界面層依次為TiC金屬陶瓷/(Cu，Ni)固溶體/Cu(s.s)+Ag(s.s)/(Cu，Ni)固溶體/(Cu,Ni)+(Fe，Ni)/45鋼。依據(jù)所發(fā)

3、現(xiàn)的界面結構，提出了界面結構的形成機理和反應層相對厚度的概念。 試驗結果表明：當釬焊工藝參數(shù)變化時，接頭界面產(chǎn)物的種類并未改變，而界面各反應層的厚度發(fā)生一定的變化。隨著釬焊溫度的提高或保溫時間的延長，TiC金屬陶瓷與45鋼側的(Cu，Ni)固溶體層的相對厚度逐漸增大；而釬縫中心的Cu(s.s)+Ag(s.s)層的相對厚度逐漸減??；45鋼側的(Cu，Ni)+(Fe，Ni)固溶體混合層的實際厚度逐漸增大。 從反應層厚度和工藝

4、參數(shù)兩個不同的角度研究了接頭的抗剪強度和斷裂部位。發(fā)現(xiàn)釬焊工藝參數(shù)對接頭抗剪強度的影響存在最佳取值，當釬焊溫度為1123K、保溫時間為600s時，接頭可以獲得最佳的抗剪強度157.7MPa，其足以滿足汽車發(fā)動機挺柱在實際工作中的性能要求。 TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼釬焊接頭的反應層厚度(包括相對厚度和實際厚度)及其性能是影響接頭抗剪強度和斷裂部位的兩個最本質因素。將反應層考慮在內的接頭殘余應力分析和斷口分析表明，接頭的

5、具體斷裂部位除了與界面各反應層的殘余剪應力有關，還與反應層的實際強度有關。當釬焊工藝參數(shù)較低，接頭在TiC金屬陶瓷側的(Cu，Ni)固溶體層處發(fā)生解理斷裂；當釬焊工藝參數(shù)適中，接頭在Ag(s.s)+Cu(s.s)層處發(fā)生準解理斷裂；當釬焊工藝參數(shù)較高，接頭在(Cu，Ni)+(Fe，Ni)層或TiC金屬陶瓷側的(Cu，Ni)層處發(fā)生準解理斷裂。 從原子擴散和金屬陶瓷/液態(tài)釬料界面?zhèn)鳠釋W的基本觀點出發(fā)，建立金屬側擴散層和金屬陶瓷側固

6、溶體凝固層成長的動力學方程，為研究反應層的成長行為奠定了理論基礎；將所求動力學方程應用于TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應中，建立了45鋼側(Cu，Ni)+(Fe，Ni)固溶體混合層成長的動力學方程，并確定了擴散層成長的標準動力學參數(shù)；同時，建立了TiC金屬陶瓷側(Cu，Ni)固溶體層成長的動力學方程，這對深入了解TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭擴散層和凝固層的成長行為是非常有意義的。 通過對AgCuZn釬料在TiC金屬陶