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熔盐堆(molten salt reactor,MSR)是第四代核反应堆的候选堆型之一,也是国家“未来10年先导研究专项”的重要组成部分。它的堆芯部分主要由石墨、Hastelloy N合金和熔盐构成,研究石墨与Hastelloy N合金的连接对于熔盐堆的发展意义重大。本文采用Au系钎料钎焊石墨与Hastelloy N合金,研究了钎焊工艺及钎料内Si含量对接头组织和力学性能的影响,在此基础上论述了各区域内反应产物的形成过程,进而建立接头的连接机理。采用Au钎料钎焊石墨与Hastelloy N合金,接头组成为:石墨/1区/2区/3区/Hastelloy N母材。其中,1区由Au基固溶体、Ni基固溶体和其内部块状的Mo2C构成;2区由Au基固溶体和Ni基固溶体构成;3区由Ni基体、原始MoC,以及晶界处连续的MoC颗粒和晶内板条状的Mo2C构成;靠近3区的Hastelloy N母材内晶界处也有MoC颗粒析出。1区和2区为液相下形成,3区为固相下形成。对于1区和2区,因为钎焊中所用Au钎料的量固定,其宽度在不同的钎焊工艺下基本保持不变;3区的宽度则随钎焊温度上升或保温时间延长而增加。在1060℃保温90 min下,接头的平均抗剪强度最高,为34.1 MPa,与石墨材料的抗剪强度(30.4 MPa)相当。采用Au+Si钎料钎焊石墨与Hastelloy N合金,接头组成为:石墨/1区/2区/Hastelloy N母材。其中,1区由Au基固溶体、Ni基固溶体和其内部的块状Mo6Ni6C构成;2区和Hastelloy N母材的构成分别与上述采用Au钎料时的3区和母材部分相同。1区为液相下形成,2区为固相下形成。此外,向钎料中添加Si会促进Mo6Ni6C生成,使1区宽度增加,但对2区及相邻母材的宽度基本无影响。在1060℃保温10 min下,当钎料中Si含量为5at.%时,接头的抗剪强度最高,为32.5 MPa。采用Au钎料钎焊石墨与Hastelloy N合金的接头形成过程:钎焊过程中,Au与Hastelloy N母材的Ni基体发生互溶转变为液相,随后石墨向钎料内溶解。钎料内过量的Mo和C使1区内生成了块状的Mo2C;钎料中的C扩散进入Hastelloy N母材中,使3区晶内析出了板条状的Mo2C,晶界处析出了连续的MoC颗粒;邻近3区的母材晶界处同样有MoC颗粒析出。采用Au+Si钎料钎焊时的接头形成过程与上述内容类似,不同之处在于,在Si的促进作用下,1区内的产物为Mo6Ni6C而非Mo2C。钎焊过程中生成的Mo的碳化物有效降低了金属钎料和Hastelloy N母材的热膨胀系数(CTE),使接头的CTE呈现出自然过渡结构,有效降低了接头内的残余应力水平,保证了接头的连接强度。