加镍中间层的表面自纳米化钛合金不锈钢扩散焊接-材料科学与工程专业论文.docxVIP

Diffusion Bonding of surface self-nanocrystallined Ti alloy and stainless steel With a Ni Interlayer A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master Engineering By Huang Li Supervised by Prof. Sheng Guangmin Major: Science and Engineering of Material College of Materials Science and Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2011 中文摘要 中文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE IV 摘 要 在异种金属材料的固态扩散连接过程中，由于材料之间存在较大的物理、化 学和力学性能差异，使得在连接界面处易生成金属间化合物并在接头处晶粒粗化、 接头内应力增大，从而很难获得较好的接头综合性能。针对这些问题，本文在前 期研究基础上，利用表面纳米晶所提供的大量非平衡缺陷作为短程扩散通道，同 时借助于脉冲压力减小原子扩散过程中的势垒并利用镍中间层阻隔铁-钛间的直接 扩散，以期尽量减少 Fe-Ti 金属间化合物的形成，降低焊接温度，缩短焊接时间， 进一步提高焊接接头的性能。 本试验采用厚度为 12.5μm 的镍箔作为中间层对表面自纳米化后的钛合金与 不锈钢进行了脉冲加压扩散连接。本文通过调整工艺参数（温度、脉冲加压次数） 进行了多次扩散连接试验，借助金相观察、显微硬度测试、扫描电镜观察、能谱 分析和 X 射线衍射等分析手段，研究了钛合金与不锈钢接头界面组织结构，得出 温度和脉冲加压次数对接头质量的影响规律，并得出最佳连接工艺参数。结合界 面 结 构 形 成 机 制 对 连 接 界 面 结 构 进 行 了 系 统 分 析 ， 发 现 连 接 界 面 形 成 了 α-Ti/β-Ti/Ni 在 β-Ti 中固溶体/ Ni3Ti/NiTi/NiTi2/镍层/Fe-Ni 固溶体/γ-Fe 的连续过渡 的层状结构。 试验结果表明，表面自纳米化后 TA17 钛合金与 0Cr18Ni9Ti 不锈钢加镍箔中 间层脉冲加压扩散连接的最佳连接工艺参数为：连接温度 T＝850℃、脉冲压力 P ＝8～50MPa、脉冲次数 N＝40 次、脉冲频率 f=0.5Hz、脉冲前保温时间 t1=0s、脉 冲后保温时间 t2=120s。在此工艺下得到的接头强度达到 322.7MPa，连接用时仅为 180s。由于考虑到接头金属间化合物层和压缩率的影响，脉冲加压次数增加，接头 综合性能降低。通过断裂机制的微观分析，拉伸断裂发生在 Ni-Ti 金属间化合物层 与镍层之间，镍箔有效地阻止了 Fe、Ti 间的相互扩散和迁移，避免界面上更多的 脆性金属间化合物产生，在镍与钛合金连接界面处形成了 Ni3Ti/NiTi/NiTi2 等新相。 对表面自纳米化试样中原子扩散动力学进行了计算，计算结果与常规粗晶试 样中对应的结果对比表明，Ni 原子在纳米化后钛合金中的扩散系数提高。 用 5% HCL 溶液作为电解质分别对连接试样的焊缝、两侧母材金属进行电化 学腐蚀试验，得到同一区域金属在不同电解质溶液中抗腐蚀性能不同，在 5%HCL 电解质溶液中连接接头其抗腐蚀能力大小为：焊缝＞不锈钢＞钛合金； 通过本试验研究表明，将表面自纳米化和加中间层技术应用于钛合金与不锈 钢的扩散连接中，实现了钛合金与不锈钢在短时间和低温连接，提高了异种材料 接头性能，为异种金属的连接提供了一种新的方法。 关键词：钛合金，不锈钢，扩散连接，中间层，表面自纳米化 英文摘要 英文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT Due to tremendous differences of physical, chemical and mechanical property, thicker intermetallic compounds is yielded easily on the bonding interface, grains grow significantly in the diffusion layer, and residual stress is developed during the diffusion bonding