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TC4合金与C_f/Al复合材料作为轻质高强材料,由于其具有优异的性能而在航空航天领域具有广阔的应用前景,实现两种材料的高质量连接对于实现航天飞行器的轻量化具有重要的现实意义。本文根据C_f/Al复合材料的焊接特点,采用激光诱导自蔓延连接技术对两种材料进行连接,在最大程度上降低母材因焊接热输入过大而引起的性能下降,对中间层的热力学与动力学进行分析,利用淬熄试验对Al-Ni-Ti自蔓延反应机理进行分析,采用相关的分析方法对接头的微观界面结构进行研究,探究工艺参数对接头微观组织的影响,并阐述Al-Ni-Ti自蔓延连接机理。根据激光诱导自蔓延连接对中间层性能的要求,选择了Al-Ni-Ti作为自蔓延连接中间层,热力学计算结果表明,Al-Ni-Ti体系中Al-Ni二元体系的热力学稳定性较高,放热性能较好,并在所有可能的反应中,只有Al+Ni反应的绝热温度超过了1800K,该反应具有良好的自持续性。通过Kissinger方程计算出的体系中主反应的表观活化能的大小为157.4k J·mol-1,指前因子的大小为1.23×107,通过Ozawa方程拟合所计算出的表观活化能的大小为162.1k J·mol-1。Ti的加入对中间层的放热性能具有显著影响,Al-Ni-Ti在主要的自蔓延反应发生后仍然发生着较为复杂的放热反应,有利于保持中间层的红热状态。Al-Ni-Ti激光诱导自蔓延反应开始于Al的熔化,熔化的Al通过毛细作用包裹着Ni、Ti颗粒,Ni首先向Al中扩散生成了Al/Ni Al3共晶并呈现弥散分布,随着反应的进行,Ni颗粒的外围生成了Ni Al3,释放的热量促进剩余的Ni颗粒继续参与反应,生成了Ni Al3/Ni2Al3/Ni3Al环形组织,此时外围的Ni Al3开始溶解Ti颗粒使得Ti参与到了自蔓延反应中,在产物均匀化阶段,环形组织逐渐转化为Ni Al化合物,Ti与环形组织发生反应并最终形成了Al2Ni Ti共晶。激光诱导自蔓延连接处理需要中间层具有良好的放热性能外,连接过程中需要施加一定的压力,并在母材两侧添加隔热材料以保证热量更多地作用在母材上,同时中间层需具有一定的燃烧速度以避免因母材的散热作用而使得中间层产生淬熄现象。当采用放热性能较好的Al-Ni中间层对两种材料进行连接时,接头中出现了较多的孔隙,接头可能的界面结构为TC4/τ3-Al3Ni Ti2+Ni-rich Ni Al/Ni Al/Ni-rich Ni Al+Ni2Al3+Al/Ni Al3/C_f/Al。孔隙主要来自于原始压坯中的孔隙以及Al-Ni之间因柯肯达尔效应引起的体积收缩。采用Al-Ni-Ti中间层对TC4合金与C_f/Al复合材料进行了连接,接头中的孔隙缺陷得到了有效的消除,接头典型的界面结构为TC4/τ3-Al3Ni Ti2+Ni-rich Ni Al/Ni Al+Al2Ni Ti/Ni-rich Ni Al+Ni2Al3+Ni Al3/C_f/Al。工艺参数对接头微观组织的研究表明:适量Ti的加入能够改善碳纤维周围的润湿性,提高接头的力学性能,过量Ti的加入削弱了中间层的放热性能,严重恶化了接头的连接质量;较大或者较小的致密度均不利于自蔓延连接;采用纳米级粉末颗粒有利于接头的致密化与自蔓延连接。