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航空鈦合金中溫釺焊技術的研究動態

上傳時間:2019-09-10 08:40:14  作者:

鈦合金具有高的比強度、優異的抗疲勞性和耐蝕性等突出優點而被廣泛應用於航空產品中,如飛機機架和航空發動機等,特別是對於高強度鋼以及鋁合金因質量、強度、抗蝕性或高溫穩定性等綜合性能不能滿足要求的部件。在很多情況下,都會涉及到航空鈦合金自身之間或與鋁、不鏽鋼、鈦鎳合金等異種材料的連接問題。鈦及其合金會在750~1040℃溫度範圍內發生同素異構轉變,由具有密排六方結構的α相轉變成具有體心立方結構的β相。當加熱溫度接近或者超過α相→β相的轉變溫度時,β相的晶粒尺寸會急劇變大,顯微組織顯著粗化,使材料性能下降。在這種溫度下對鈦合金進行焊接會使焊縫接頭的塑性大大降低。另外,在釺焊過程中,釺料會和母材發生擴散反應,在界麵處生成脆性的金屬間化合物,致使焊縫存在較大的開裂傾向,使接頭性能惡化。為了避免對母材性能造成損傷並提高焊接接頭的性能,應該將鈦合金的釺焊溫度控製在β相轉變溫度以下,即在800℃以下進行中溫釺焊。


一、選擇合適的釺料
  適合鈦合金中溫釺焊的金屬基釺料主要有三大類:銀基、鋁基、鈦-鋯基釺料。其中,鋁基釺料的釺焊溫度較低,遠低於鈦合金α相→β相的轉變溫度,與鈦基體相互作用小,無明顯的溶蝕和擴散,而且價格便宜,加工性能優良,低熔點、成本低廉,故具有較好的發展和應用前景。近年來,納米多層膜複合釺料引起重視。由於納米粒子相對於傳統的合金粉體或者塊體材料而言具有熔點低、活性高等特性,可以通過在釺料中加入納米級顆粒製成納米多層複合膜釺料來降低釺料熔點。據報道,通過交替濺射沉積銀-銅釺料層和碳擴散阻礙層,製備了銀-銅/碳納米多層膜複合釺料,與傳統的金屬基銀-銅釺料相比,熔點下降了約50℃,釺焊溫度下降了40~50℃;采用直流磁控濺射AlSi12納米塗層及AlN擴散阻礙層,製備AlN/AlSi納米多層膜釺料,當納米塗層厚度達到2~3nm 時,納米多層膜複合釺料的熔點比無納米塗層的釺料下降了約230℃。另據報道,鋁-鎳活性納米多層膜的釺料,其釺焊溫度與傳統釺料相比,降低了130℃左右。
  

二、改進釺焊技術
  采用物理氣相沉積技術可以在母材表麵沉積金屬塗層作為釺焊反應層,在爐中進行釺焊時,反應層能與基體形成低熔點的共晶或亞共晶組織,有效降低釺焊溫度,減少高溫釺焊產生的脆性金屬間化合物,減少接頭裂紋和氣孔,提高接頭的致密性及力學性能。據報道,以銅作為陰極材料,在鈦表麵通過離子濺射沉積一定厚度的銅塗層作為釺焊反應層,釺焊接頭的強度隨著銅塗層的擴散消失而逐漸增大。近年來的另一個研究動態是把多種釺焊技術結合起來,如超聲波感應釺焊連接,超聲輔助激光釺焊等。



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