Al2O3陶瓷和TC4钛合金钎焊工艺与连接机理研究

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本文针对Al2O3陶瓷与TC4钛合金的连接需求,分别采用了Ag-Cu-Ti活性钎料和Ag-Cu非活性钎料进行了这两种材料的钎焊连接。通过添加中间层与使用复合钎料的方法缓解了接头中的残余应力,采用试验研究和理论分析相结合的方法,分析了接头的界面微观结构,进行了钎焊连接工艺优化,研究了不同工艺参数对接头的界面结构及连接质量的影响。试验发现采用Ag-Cu-Ti钎料和Ag-Cu钎料在优化的工艺参数下均能实现Al2O3陶瓷与TC4钛合金的连接。采用Ag-Cu-Ti活性钎料连接强度较高,但需要采用较高的钎焊温度(900℃),而采用Ag-Cu钎料可以在相对较低的温度(820℃)下实现钎焊连接。基于对采用不同中间层时界面分析结果,确定试验中采用180微米Cu作为中间层时接头性能最好。利用扫描电镜等方法分析了连接接头界面结构,结果表明采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊时典型界面层结构为:Al2O3陶瓷/TiAl+Cu3Ti3O/Ag(s.s)+TiCu4+Ti3Cu4/TiCu4/Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu/β-Ti/TC4钛合金;采用Ag-Cu钎料钎焊时在钎缝中部生成了Cu(s.s),其他界面层结构与采用Ag-Cu-Ti钎料时完全一致。采用抗剪强度评价接头的连接质量,结果表明:采用Ag-Cu-Ti钎料时,当钎焊温度为850℃、保温时间为10min,使用180微米Cu中间层时接头的强度最高,达到142MPa;采用Ag-Cu钎料时,当钎焊温度为820℃、保温时间为10min,使用180μmCu作为中间层时接头达到相对较高强度131MPa。为了调节钎缝的线膨胀系数,缓解接头的残余应力,采用Ag-Cu+SiC复合钎料钎焊了Al2O3陶瓷与TC4钛合金。通过实验优化了复合钎料中SiC的含量以及钎焊的工艺参数,接头的强度在使用AgCu+3wt.%SiC复合钎料,钎焊温度为870oC,保温时间为3min时达到相对较高强度110MPa。
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