Super-Ni/NiCr叠层材料具有良好的抗氧化、耐腐蚀性、抗高温蠕变性能以及较高的韧性储备,在减轻结构重量和防止突发性断裂方面具有重要意义。TC4钛合金具有较高的比强度和断裂韧性,是航空发动机和飞机构架制造的关键材料,实现Super-Ni/NiCr叠层材料与TC4钛合金的可靠连接,在航空关键部件制造领域具有较大的潜在应用价值。但是Super-Ni/NiCr叠层材料因自身结构的特殊性,复层金属受热易于脱离基层,熔焊接头裂纹孔洞问题突出,严重制约了叠层材料与TC4钛合金异质结构的发展和应用。为充分发挥叠层结构优势,推进叠层材料与TC4连接结构在航空制造领域的应用,针对叠层材料焊接性较差问题,本文采用真空扩散焊工艺,对叠层材料复层Super-Ni及基层Ni80Cr20与TC4钛合金的连接进行了试验研究。基于接头叠层结构成形稳定性,优化了真空扩散焊工艺,建立了扩散焊工艺参数、界面组织特征、元素扩散行为与接头性能之间的内在联系。为避免高温扩散焊钛合金软化问题,对加热温度进行优化,在焊接温度950℃焊接压力5 MPa,保温30-90 min,采用无中间层、单一Cu箔中间层、Cu箔+Ti粉复合中间层实现了叠层材料与TC4钛合金的扩散连接。扩散焊接头的界面孔洞和裂纹是影响界面结合性能的主要因素,较薄的Super-Ni在高温及冷却过程形成较大残余应力导致裂纹萌生并扩展。Ni80Cr20/TC4复合中间层扩散焊界面,保温时间较短易引起界面开裂,界面处横向微裂纹在界面孔洞处起裂,沿着Ti2Cu+TiCu层向TC4侧扩展,Ti2Cu+TiCu共晶组织的取向变化引起裂纹路径偏转,裂纹止裂于Ti2Cu层。针对叠层材料与TC4钛合金不同中间层扩散焊过渡区组织特征,提出特定划分方案,无中间层接头过渡区形成TiNi3、TiNi和Ti2Ni界面反应层;Cu中间层扩散焊接头过渡区划分为富Cu反应层和富Ti反应层;界面原子充分扩散混合的Cu+Ti复合中间层过渡区划分为富Ti层和Ti-Cu-Ni反应层。Ni80Cr20/TC4过渡区形成Ti2Ni层、TiNi层和Ti(Ni,Cr)3+Crss层。过渡区和反应层宽度与保温时间均满足抛物线规律,Super-Ni/TC4界面TiNi层明显宽于TiNi3层和Ti2Ni层。Ni、Ti元素扩散系数的较大差异(DNi inTi>>DTi in Ni)和后期形成的TiNi层对两侧反应层中Ni、Ti的消耗,导致了Ni80Cr20/TC4界面处贫镍富铬区的形成。从高温界面物质形态转变和原子扩散路径的角度分析了 Ni、Ti非对称扩散机理对元素分布的影响。Ti、Cu原子接触促进原始晶界液化形成过渡液相,晶界和过渡液相共同加剧了 Ti元素扩散,形成Ti、Ni元素非对称扩散,Ti元素可扩散至Super-Ni侧形成Ti-Cu-Ni反应层。保温时间 90 min 时,Super-Ni/Cu+Ti/TC4 和 Ni80Cr20/Cu+Ti/TC4 扩散焊接头获得最大剪切强度,分别为85.4 MPa和72.4 MPa。无中间层、Cu箔、Cu箔+Ti粉中间层得到的叠层材料与TC4钛合金扩散焊接头断口形貌分别为规则多面体坑、解离台阶和集中分布的小尺寸多面体坑、块状和细小颗粒状的脆性相。接头剪切断裂机理主要体现在剪切应力作用下,界面附近显微组织内部的晶界发生滑移,形成滑移台阶,产生位错聚集并发展成为裂纹源。Super-Ni与TiNi3反应层之间界面承受剪切应力,Super-Ni具有一定的塑性,沿剪切面可发生小距离的晶粒协调变形但受到变形能力较差的密排六方结构TiNi3限制,当晶体面剪切应力达到界面结合强度时,接头发生剪切断裂。本文从界面微观组织、元素界面扩散及反应、界面结合机理和接头力学性能等方面对叠层材料与TC4钛合金扩散焊接头进行了较为系统的研究。该研究成果为进一步开展新型航空轻质叠层材料的研制及扩散连接提供了重要的试验依据和理论支持,为推动叠层材料在航空制造领域的应用具有重要意义。