【摘 要】
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为了将钛合金和铝合金的优良性能相结合,钛合金/铝合金复合结构的研究受到越来越多的关注。在汽车制造、航空航天、军事装备生产、轨道运输等领域具有较多的应用。正是因为钛合金和铝合金具备密度低、耐腐蚀、机械性能好等优点,使得其具有广泛的使用场景。但是,钛合金和铝合金之间具有区别较大的热物理性能,而且两者在彼此之中的互溶度也较差,容易生成金属间化合物。钛合金和铝合金生成的金属间化合物多为脆性相,增加了两者之
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为了将钛合金和铝合金的优良性能相结合,钛合金/铝合金复合结构的研究受到越来越多的关注。在汽车制造、航空航天、军事装备生产、轨道运输等领域具有较多的应用。正是因为钛合金和铝合金具备密度低、耐腐蚀、机械性能好等优点,使得其具有广泛的使用场景。但是,钛合金和铝合金之间具有区别较大的热物理性能,而且两者在彼此之中的互溶度也较差,容易生成金属间化合物。钛合金和铝合金生成的金属间化合物多为脆性相,增加了两者之间的焊接难度,严重的制约了钛合金/铝合金复合结构在实际生产生活中的应用范围。所以突破钛合金与铝合金焊接时冶金不相容的限制,减少或消除接头中的脆性化合物,是提高钛/铝接头性能的首要方法。本文采用高熵合金作为填充金属,实现了钛/铝搭接接头的激光焊接,得到了既具备钛合金优良性能又具备铝合金优良性能的复合结构。对不同类型高熵合金填充材料应用于钛合金/铝合金激光焊接的工艺可行性进行了研究。同时,还研究了焊接参数对高熵合金接头组织与性能的影响。分别对CoFeNiTi1.2Mn0.8（BCC型）、CoNiCu1.25Nb0.5V1.25（FCC型）、SnMnNiCuNb0.5V1.5（FCC+BCC型）三种不同类型高熵合金填充材料应用于钛合金/铝合金激光焊接领域的工艺可行性进行了研究。结果表明CoFeNiTi1.2Mn0.8（BCC型）高熵合金由于脆性较大,在焊接应力作用下接头中呈现出大量的裂纹,并不适用于做钛合金/铝合金异种金属激光焊接的填充材料;采用搭接的方式对钛合金/铝合金进行激光焊接时,要将铝合金板作为下板,钛合金板作为上板并开坡口,当激光倾斜四十五度入射时,调整激光工艺参数实现了钛合金/铝合金的有效连接;研究发现当采用CoNiCu1.25Nb0.5V1.25（FCC型）填充材料,光斑直径应大于1.5且小于2.5mm、激光功率介于600-660w、焊接速度介于9-10.5mm/s时,可以获得无缺陷的焊接接头。采用SnMnNiCuNb0.5V1.5（FCC+BCC型）高熵合金粉末作为填充材料时,光斑直径和焊接速度不变,激光功率介于520-580w时可以获得无缺陷的焊接接头。基于对焊接过程中各参数适用范围的总结,在固定光斑直径为1.8mm的条件下,研究了不同参数下采用CoNiCu1.25Nb0.5V1.25（FCC型）高熵合金填充材料的钛合金/铝合金激光焊接头成形、组织与力学性能特点,揭示焊接参数对接头成形、组织与力学性能的影响规律。研究发现,CoNiCu1.25Nb0.5V1.25（FCC型）高熵合金填充材料在合适的参数下可以阻止钛合金和铝合金母材混合并发生反应。在试验的最佳工艺参数下,接头的最大抗拉强度达到200MPa。基于对焊接过程中各参数适用范围的总结,以及对添加CoNiCu1.25Nb0.5V1.25（FCC型）高熵合金填充材料接头的研究,将FCC+BCC型的SnMnNiCuNb0.5V1.5高熵合金作为填充材料对钛合金和铝合金进行焊接,分析了不同激光参数对接头成形、组织与力学性能的影响,研究了接头成形、组织与力学性能之间的关系。试验结果证明:锡元素的加入降低了高熵体系的熔点、增加了高熵合金的流动性;接头的最大抗拉强度为230MPa,力学性能得到了改善;当焊接热输入过大时,在铝合金侧检测到了Ti-Al金属间化合物,在焊缝中并没有检测到Ti-Al金属间化合物的生成,这表明,此时添加的高熵合金填充材料仍能一定程度阻止母材混合并发生反应。
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