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本文针对一种航天运载火箭推进装置阀门组件的结构和性能需求,研究一种Ni-Cr-Mo体系镍基高温合金的真空扩散连接。首先研究了在母材表面超声电镀Ni层的技术,分析不同电流密度、不同超声功率下Ni镀层的表面形貌、结晶取向、晶粒大小、表面粗糙度、孔隙率等特点。研究了扩散连接温度、压力、保温时间等参数对接头微观界面结构、力学性能和变形量的影响。能谱分析发现接头中Cr、Mo元素的扩散存在差异,因此建立母材与中间层的元素扩散模型,通过理论计算的方法对接头元素的扩散系数、浓度分布进行了表征。选用三种不同的电流密度和两种不同的超声波强度进行超声镀Ni试验。发现镀层三个晶面的织构系数与参数有关。电流密度较小时,镀层沿(200)面高择优生长,超声波的作用对其影响不大;电流密度较大时,镀层有沿(220)择优生长的趋势,超声的作用可以通过减弱析氢作用增大(220)面的生长速度,降低其织构系数。超声波功率越大,镀层越向无择优方向生长,但镀层的晶粒尺寸与超声波关系不大,随着电流密度的升高而减小。同样在低电流密度时超声波对度层表面形貌影响不大,随着电流密度的升高,超声波可以减弱晶粒的团聚,使镀层表面更为平整。同时超声波在还能起到降低表面粗糙度和孔隙率的作用。最终确定电镀工艺为:电流密度10A/dm2,超声功率1.0W/dm2,施镀时间5min,可以得到10μm厚的Ni镀层。采用10μm厚的Ni镀层作为中间层,对Ni-Cr-Mo高温合金母材进行扩散连接试验,接头界面主要由Ni、Cr固溶体组成,没有明显的界面反应,无不良化合物生成;接头界面存在未闭合的孔隙。随着扩散连接温度、连接压力的增大和保温时间的延长,接头孔隙率逐渐减小,中间层与母材之间元素扩散更加充分,界面元素浓度梯度逐渐减弱。能谱分析表明Cr、Mo元素在接头内的扩散速率差别较大。接头剪切断口显示断裂均发生在中间Ni镀层处,随着试验规范的增大,接头的力学性能逐渐提升,但变形量的增大会影响连接件的整体尺寸,因此最后确定最为合理的工艺为:连接温度T=1050℃,保温时间t=60min,连接压力P=30MPa。通过研究1000℃和1100℃两种不同温度下的母材/纯Ni接头,根据能谱数据和Matlab拟合,利用Boltzmann-Matano方法计算了Cr、Mo两种元素在母材和纯Ni中的平均扩散系数,进而得到了Cr、Mo扩散系数在任意温度T下的扩散方程。利用所求的扩散系数数值建立了接头元素浓度分布方程,将计算结果与能谱线扫描实际结果对比发现吻合程度良好。