加鎳中間層的表面自納米化鈦合金-不銹鋼擴散焊接.pdf

1、在異種金屬材料的固態(tài)擴散連接過程中，由于材料之間存在較大的物理、化學和力學性能差異，使得在連接界面處易生成金屬間化合物并在接頭處晶粒粗化、接頭內應力增大，從而很難獲得較好的接頭綜合性能。針對這些問題，本文在前期研究基礎上，利用表面納米晶所提供的大量非平衡缺陷作為短程擴散通道，同時借助于脈沖壓力減小原子擴散過程中的勢壘并利用鎳中間層阻隔鐵-鈦間的直接擴散，以期盡量減少Fe-Ti金屬間化合物的形成，降低焊接溫度，縮短焊接時間，進一步提高焊接

2、接頭的性能。
　　本試驗采用厚度為12.5μm的鎳箔作為中間層對表面自納米化后的鈦合金與不銹鋼進行了脈沖加壓擴散連接。本文通過調整工藝參數（溫度、脈沖加壓次數）進行了多次擴散連接試驗，借助金相觀察、顯微硬度測試、掃描電鏡觀察、能譜分析和X射線衍射等分析手段，研究了鈦合金與不銹鋼接頭界面組織結構，得出溫度和脈沖加壓次數對接頭質量的影響規(guī)律，并得出最佳連接工藝參數。結合界面結構形成機制對連接界面結構進行了系統分析，發(fā)現連接界面形成了α

3、-Ti/β-Ti/Ni在β-Ti中固溶體/Ni3Ti/NiTi/NiTi2/鎳層/Fe-Ni固溶體/γ-Fe的連續(xù)過渡的層狀結構。
　　試驗結果表明，表面自納米化后TA17鈦合金與0Cr18Ni9Ti不銹鋼加鎳箔中間層脈沖加壓擴散連接的最佳連接工藝參數為：連接溫度T＝850℃、脈沖壓力P＝8～50MPa、脈沖次數N＝40次、脈沖頻率f=0.5Hz、脈沖前保溫時間t1=0s、脈沖后保溫時間t2=120s。在此工藝下得到的接頭強度達到

4、322.7MPa，連接用時僅為180s。由于考慮到接頭金屬間化合物層和壓縮率的影響，脈沖加壓次數增加，接頭綜合性能降低。通過斷裂機制的微觀分析，拉伸斷裂發(fā)生在Ni-Ti金屬間化合物層與鎳層之間，鎳箔有效地阻止了Fe、Ti間的相互擴散和遷移，避免界面上更多的脆性金屬間化合物產生，在鎳與鈦合金連接界面處形成了Ni3Ti/NiTi/NiTi2等新相。
　　對表面自納米化試樣中原子擴散動力學進行了計算，計算結果與常規(guī)粗晶試樣中對應的結果對

5、比表明，Ni原子在納米化后鈦合金中的擴散系數提高。
　　用5％HCL溶液作為電解質分別對連接試樣的焊縫、兩側母材金屬進行電化學腐蝕試驗，得到同一區(qū)域金屬在不同電解質溶液中抗腐蝕性能不同，在5%HCL電解質溶液中連接接頭其抗腐蝕能力大小為：焊縫＞不銹鋼＞鈦合金；
　　通過本試驗研究表明，將表面自納米化和加中間層技術應用于鈦合金與不銹鋼的擴散連接中，實現了鈦合金與不銹鋼在短時間和低溫連接，提高了異種材料接頭性能，為異種金屬的連接