輔助脈沖電流擴散焊連接陶瓷基復(fù)合材料的界面行為.pdf

1、Ti(C,N)陶瓷基復(fù)合材料具有很高的硬度和耐磨性，兼具良好的抗氧化性及化學(xué)穩(wěn)定性，作為刀具材料和高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用前景廣泛。其機加工性能差，難以制造復(fù)雜構(gòu)件，與金屬材料連接時接頭存在較大的熱應(yīng)力，接頭強度較低。輔助脈沖電流擴散連接通過電阻熱效應(yīng)產(chǎn)生界面高溫，使陶瓷與鋼等金屬材料在基體低溫狀態(tài)形成致密結(jié)合，接頭熱應(yīng)力大幅降低，接頭強度顯著提高。
　　采用Cu-Ti非晶/Cu/Ag-Cu復(fù)合層對Ti(C,N)-Al2O3/40Cr進行

2、了輔助脈沖電流擴散連接。結(jié)果表明，典型接頭組織結(jié)構(gòu)為：Ti(C,N)-Al2O3/Cu基固溶體+Cu4Ti+Cu3Ti2/Cu基固溶體+Cu4Ti3/Cu基固溶體/Cu/Fe基固溶體/40Cr鋼。保溫時間對接頭界面的組織與性能有一定的影響，占空比對接頭的組織與性能影響較大。在焊接溫度為850℃、保溫10min、脈沖占空比為12(on)：2(off)條件下接頭的四點彎曲強度最大，為236MPa。
　　試驗研究了Ti(C,N)-Al2

3、O3/Cu53Zr47/Cu/Cu53Zr47/Ti(C,N)-Al2O3輔助脈沖電流擴散連接的接頭界面行為與性能。結(jié)果表明，活性元素 Zr對 Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料有良好的潤濕反應(yīng)性能，熱力學(xué)計算表明 Zr擴散至 Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料與其中的Al2O3發(fā)生置換反應(yīng)，將Al原子的活性激發(fā)出來，增強了Al元素的擴散能力，并生成了ZrO2相；焊接溫度為930℃、保溫6min時接頭四點彎曲強度最高，達43

4、2.8MPa。焊接溫度過高將引起組織分層的增多，脆性化合物層變厚，接頭抗彎強度降低；接頭斷裂失效主要是因為接頭中存在較大的焊接殘余應(yīng)力與脆性化合物層，α-Zr相與CuZr2金屬間化合物構(gòu)成的組織為焊縫中的薄弱區(qū)域。
　　通過對 Ti(C,N)-Al2O3與40Cr進行以 Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu及 Ag-Cu-Zr/Cu/Ag-Cu為復(fù)合中間層的輔助脈沖電流擴散連接試驗，重點分析研究元素行為、接頭強度及工藝參數(shù)對接頭強度

5、的影響。結(jié)果表明：Zr元素表現(xiàn)出與采用Cu53Zr47非晶相似的擴散反應(yīng)行為；焊接溫度、保溫時間與接頭四點彎曲強度均遵循拋物線規(guī)律；采用Ag-Cu-Zr的焊接接頭四點彎曲強度普遍高于采用 Ag-Cu-Ti的接頭強度，焊接溫度為750℃、保溫5min條件下采用Ag-Cu-Zr合金箔時接頭抗彎強度最大，達275.1MPa。
　　在焊接溫度為850℃、保溫10min條件下對Zr/Cu/Ti擴散偶進行了輔助脈沖電流擴散連接，獲得了界面結(jié)合