SiC_f/SiC复合材料与GH188高温合金的钎焊工艺及机理研究

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SiC_f/SiC复合材料具有抗氧化、高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点,是一种非常有潜力应用于高温、氧化等苛刻环境下的材料。在航空发动机应用中涉及与GH188钴基高温合金的连接,但是这两种材料的连接存在热膨胀系数差异大、界面反应复杂、接头耐热性不足等问题。基于这些问题,本文先采用AgCuTi活性钎料对两种材料进行焊接,再通过添加Cu、Mo、Nb作为中间层用于阻隔高温合金元素,并缓解应力。最后,本文在钎料中加入Pd粉来提高钎料的熔点,在钎料中添加Mo元素进一步提高接头强度。本文研究了不同Ti含量的AgCuTi钎焊SiC_f/SiC自身。对比分析后采用Au Cu2.7wt.%Ti钎料钎焊SiC_f/SiC与GH188,研究了连接温度对接头组织与力学性能的影响。结果表明,影响接头强度的原因是Co、Cr、Ni等高温合金中活性元素的扩散后在接头中过度反应,剪切断口均在SiC_f/SiC复合材料侧。由于接头产生缺陷的主要原因是Co、Cr、Ni等高温合金中活性元素与Si、C之间的过度反应及线膨胀系数差距较大带来的应力。所以在钎焊时加入Cu、Mo、Nb作为中间层。探究了连接温度、中间层材料、中间层厚度对界面微观组织与接头力学性能的影响。Cu箔作为中间层会发生溶解,不能阻挡高温合金元素的扩散。Mo箔、Nb箔作为中间层都能够阻挡高温合金元素的扩散。50μm Mo作为中间层时,剪切强度为77MPa。100μm Nb作为中间层时,钎焊接头剪切强度为122MPa,断裂发生在SiC_f/SiC复合材料的内部。因为AgCuTi钎料在高温环境中会出现软化,进而对接头强度造成影响,所以在AgCuTi钎料中添加Pd粉。研究Pd粉含量、连接温度对接头组织与接头力学性能的影响。研究发现,当添加10wt.%Pd粉时,对钎料熔点的提升约20℃。不同的Pd粉含量有不同的最佳连接温度,当Pd粉的含量超过15wt.%Pd时,Pd与Si的反应会使SiC_f/SiC侧出现裂纹。为了进一步缓解接头应力,向钎料中添加Mo粉进行钎焊。随着Mo含量的增加,接头的应力被有效缓解。但是Mo粉的加入会抑制钎料中元素的扩散,使GH188侧生成CoTi反应层,对Ti与SiC_f/SiC的反应也起了抑制作用,使得接头强度相比不加Mo粉有所下降,为28MPa。对此加入Mo中间层,缓解Mo粉对Ti与SiC_f/SiC的反应的抑制。与最终在Mo粉含量为15wt.%,中间层50μm Mo时接头强度为95MPa。
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