【摘 要】
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TC4钛合金的密度小、比强度大、高温性能及耐蚀性好,所以在交通运输、航空航天、石油化工等领域得到了广泛的应用。为了保证接头的高温强度及耐腐蚀性能,本课题制备了两种Ti Zr Ni Cu Sn高熵非晶钎料。由于高熵非晶钎料兼具四大效应以及非晶合金的优异的耐蚀性,可以在具有较低熔点的同时有效抑制金属间化合物的生成从而提高接头的力学性能,并使接头具有良好耐蚀性能。首先设计并制备了Ti23.75Zr23.
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TC4钛合金的密度小、比强度大、高温性能及耐蚀性好,所以在交通运输、航空航天、石油化工等领域得到了广泛的应用。为了保证接头的高温强度及耐腐蚀性能,本课题制备了两种Ti Zr Ni Cu Sn高熵非晶钎料。由于高熵非晶钎料兼具四大效应以及非晶合金的优异的耐蚀性,可以在具有较低熔点的同时有效抑制金属间化合物的生成从而提高接头的力学性能,并使接头具有良好耐蚀性能。首先设计并制备了Ti23.75Zr23.75Ni23.75Cu23.75Sn5,并对不同工艺参数下接头的显微组织和力学性能进行了研究。针对其保温时间较短时接头强度较低的问题优化了钎料成分,并探究了工艺参数对优化后的钎焊接头显微组织和力学性能的影响,对比两种接头的力学性能,并分析了优化后的钎焊接头强度提高的机理。首先对钎料成分进行设计,为保证设计的钎料为高熵非晶合金,对其相关物理化学参数进行了计算。然后采用电弧熔炼和熔体旋淬法对高熵非晶钎料进行制备,最终获得一条宽度约为2 mm,厚度约为45μm的薄带。采用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜及能谱仪等对钎料进行了表征。使用Ti23.75Zr23.75Ni23.75Cu23.75Sn5高熵非晶钎料采用真空钎焊的方法对TC4钛合金实现了连接,并研究了工艺参数对接头显微组织及性能的影响。930℃/10 min的工艺条件下接头的组织主要包含钎缝中心区的（Ti,Zr）2（Ni,Cu）和少量的Zr5Sn3金属间化合物、α-Ti+（Ti,Zr）2（Ni,Cu）共析组织及针状α-Ti。除930℃/10 min下的钎缝中含有脆性层,其他参数下的钎缝均由α-Ti+（Ti,Zr）2（Ni,Cu）共析组织和针状α-Ti组成。因为共析组织中含有（Ti,Zr）2（Ni,Cu）脆性相,所以共析组织为接头的薄弱环节。接头室温抗剪强度与450℃高温抗剪强度均在970℃/30 min工艺条件下达到最大,分别可达494 MPa与408 MPa。TC4/Ti23.75Zr23.75Ni23.75Cu23.75Sn5/TC4接头在保温时间10 min的工艺条件下接头抗剪强度最高仅为319 MPa,针对该问题对钎料成分进行优化,设计并制备了Ti35Zr25Ni15Cu20Sn5高熵非晶钎料。使用优化后的钎料对TC4进行连接,该接头组织与TC4/Ti23.75Zr23.75Ni23.75Cu23.75Sn5/TC4接头组织相似,不同的是930℃下（Ti,Zr）2（Ni,Cu）脆性层厚度明显降低且无Zr5Sn3金属间化合物的生成。接头的室温抗剪强度和450℃高温抗剪强度在970℃/30 min的工艺条件下达到最大值,分别为566 MPa和423 MPa。且接头在保温时间为10 min时,抗剪强度大幅度提升。
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