Al-Si合金與HR-2鋼熱等靜壓擴散連接工藝及界面研究.pdf

1、抗氫鋼具有強度高、剛性好和良好的抗氧化性和阻氫性能等優(yōu)點，A1-Si合金是良好的釬料合金，因而廣泛應(yīng)用于核能、武器系統(tǒng)、航空和航天等工業(yè)。Al-Si合金與HR-2不銹鋼間的連接，具有強烈的應(yīng)用背景和現(xiàn)實意義。 本研究采用熱等靜壓擴散連接的方法連接A1-Si合金與HR-2鋼，主要研究了Al-Si合金與HR-2鋼的熱等靜壓直接與間接擴散連接的工藝和接頭的界面特性，重點分析連接區(qū)的成分、組織和性能，探索減少或克服脆性中間相形成，連接性

2、能好的工藝。結(jié)果表明，熱等靜壓技術(shù)能實現(xiàn)二者有效連接。 本文對Al-Si合金與HR-2鋼在不同的溫度、壓力、時間和采用不同中間層材料擴散連接后，分別采用成分、組織和性能分析手段，將連接界面區(qū)特征作為主要研究對象，探討工藝參數(shù)和工藝過程對連接質(zhì)量的影響。本文采用的主要分析方法是用拉伸實驗考核接頭結(jié)合強度；用氦質(zhì)譜儀檢測連接界面的氣密性；用掃描電鏡(SEM)觀察拉伸斷口的形貌；拋光后樣品，用俄歇譜儀(AES)分析擴散區(qū)的成分，用x射

3、線衍射(XRD)分析斷口的物相；蝕刻后的樣品用金相顯微鏡和掃描電鏡分析連接區(qū)的組織。 Al-Si合金/HR-2鋼直接擴散連接時，研究了5種不同工藝參數(shù)(壓力、溫度、時間)及工藝過程對基體材料、擴散界面，擴散層厚度、成分，界面結(jié)合強度及氣密性的影響，確定了直接擴散連接的優(yōu)化工藝參數(shù)。在本文所研究的450～560℃溫度范圍內(nèi)，450℃時，Al-Si合金/HR-2鋼未實現(xiàn)連接；505℃時，界面為機械結(jié)合；520～560℃時，形成快速擴

4、散通道，界面為有明顯擴散層的冶金結(jié)合。當(dāng)直接擴散連接工藝優(yōu)化參數(shù)為T=540℃，P=120MPa，t=1h時，界面結(jié)合緊密，擴散層未形成脆性中間相，柱面連接試樣的界面拉伸強度為56.3MPa，A1-Si合金/HR-2鋼連接試樣及試樣焊接后的氣密性均小于1×10-9Pa.m3·s-1。但當(dāng)擴散連接工藝參數(shù)為T=555℃，P=131MPa，f=2.5h時，由于擴散層中形成了FexAlySiz金屬間化合物，連接界面和擴散層中均產(chǎn)生了裂紋，界面

5、結(jié)合強度降至21.8MPa，氣密性明顯下降。 A1-Si合金/HR-2鋼間接擴散連接時，選擇了與A1-Si合金、HR-2鋼相容性好的Ag、Cu材料為中間層，在HR-2鋼表面分別采用電鍍Cu/Ag膜0.02～0.05mm，等離子噴涂A1-Si膜0.1～0.2mm，磁控濺射(MSIP)Ag膜2～6um和等離子體增強離子束濺射沉積(PEIBAD)Ag膜0.4～1.2um作為中間層研究了A1-Si合金/HR-2鋼間接擴散連接。其中，以(

6、PEIBAD)Ag膜作為中間層的A1-Si合金/Ag/HR-2鋼連接試樣的界面最穩(wěn)定，性能最佳。當(dāng)間接擴散連接工藝參數(shù)為T=520℃，P=132MPa，t=0.5h時，柱面接頭拉伸強度為63.8MPa，平面接頭剪切強度為79.6MPa。A1-Si合金/Ag/HR-2鋼擴散連接試樣的氣密性為：<1×10-9Pa·m3·s-1。試樣連接界面形成明顯的擴散層，整體雙層界面緊密完整，未形成金屬間化合物。采用Ag作中間層，降低了連接溫度，縮短了連