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SiO_2陶瓷与30Cr3高强钢及TC4钛合金钎焊机理及工艺研究

作　者: 刘洪斌
导　师: 冯吉才
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SiO2陶瓷 30Cr3SiNiMoVA高强钢 TC4钛合金 钎焊连接机理 界面结构
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本文针对SiO2陶瓷结构件在航空航天以及汽车领域的应用,分别采用了AgCuTi钎料和TiZrNiCu钎料对SiO2陶瓷与30Cr3SiNiMoVA高强钢和TC4钛合金进行了钎焊连接。采用试验研究和理论分析相结合的方法,进行了钎焊连接工艺优化,研究了三种接头的界面层结构的变化及其对抗剪强度的影响。利用电子探针、扫描电镜、X-射线衍射等方法对连接界面的生成相进行分析,结果表明:SiO2陶瓷/ AgCuTi/ 30Cr3SiNiMoVA高强钢接头的界面层结构为SiO2陶瓷/ TiSi2+Ti4O7/ Ti2Cu+Cu3Ti3O/ Ag（s. s）+Cu（s. s）/ TiFe2/ 30Cr3SiNiMoVA钢;SiO2陶瓷/ TiZrNiCu/ TC4钛合金接头的典型界面结构为:SiO2陶瓷/ Ti2O+Zr3Si2+Ti5Si3/ （Ti, Zr）+TiZrNiCu/ Ti（s. s）/ TiZrNiCu+Ti（s. s）+Ti2（Cu, Ni）/ TC4钛合金;SiO2陶瓷/ AgCuTi/ TC4钛合金接头的典型界面结构为:SiO2陶瓷/ TiSi2+Ti4O7/ TiCu+Cu2Ti4O/ Ag（s. s）+Cu（s. s）/ TiCu/ Ti2Cu/ Ti+Ti2Cu/ TC4钛合金。依据所观察到的不同工艺参数下的界面层结构,研究了界面层结构的变化和界面的形成机理。分析了活性钎料与SiO2陶瓷的反应过程、以及接头的界面形成过程。与30Cr3SiNiMoVA高强钢相比,TC4钛合金母材对接头界面结构变化的影响更大。采用抗剪强度评价了接头性能,结果表明:当钎焊温度为900℃、保温时间为5min时,SiO2陶瓷/ AgCuTi/ 30Cr3SiNiMoVA高强钢接头和SiO2陶瓷/ AgCuTi/ TC4钛合金接头的最高抗剪强度分别为37MPa和27MPa。而当钎焊温度为880℃、保温时间为5min时,SiO2陶瓷/ TiZrNiCu/ TC4钛合金接头的最高抗剪强度为23MPa。通过扫描电镜、能谱分析等手段分析了工艺参数对接头的断裂路径的影响,结果表明:接头主要断裂在两个区域,即SiO2陶瓷母材和SiO2陶瓷/钎料界面的反应层处,断裂均为脆性断裂。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 课题背景  9
  1.2 SiO_2 玻璃陶瓷研究现状  9-12
    1.2.1 玻璃陶瓷的制备  10-12
  1.3 陶瓷/金属焊接性分析  12-13
  1.4 陶瓷与金属连接技术发展现状  13-21
    1.4.1 钎焊  13-16
    1.4.2 扩散焊  16-18
    1.4.3 自蔓延高温合成连接  18-20
    1.4.4 微波连接  20
    1.4.5 摩擦焊  20-21
    1.4.6 高能束焊接  21
    1.4.7 超声连接  21
  1.5 课题主要研究内容  21-23
第2章 试验材料和方法  23-29
  2.1 试验材料  23-25
  2.2 钎焊设备和工艺  25-27
  2.3 性能测试及微观分析  27-29
第3章 采用AgCuTi 钎料钎焊SiO_2陶瓷与30Cr3 钢  29-49
  3.1 引言  29
  3.2 润湿试验  29-30
  3.3 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/30Cr3 钢接头的界面结构  30-41
    3.3.1 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/30Cr3 钢接头界面分析  31-35
    3.3.2 工艺参数对接头界面结构的影响  35-37
    3.3.3 接头界面的形成机理  37-41
  3.4 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/30Cr3 钢接头的性能  41-47
    3.4.1 接头力学性能分析  41-44
    3.4.2 接头的断裂路径分析  44-47
    3.4.3 影响接头性能的本质因素  47
  3.5 本章小结  47-49
第4章 采用TiZrNiCu 钎料钎焊SiO_2陶瓷与TC4 钛合金  49-69
  4.1 引言  49
  4.2 润湿试验  49-50
  4.3 SiO_2 陶瓷/TiZrNiCu/TC4 接头的界面结构  50-60
    4.3.1 SiO_2 陶瓷/TiZrNiCu/TC4 接头界面分析  50-53
    4.3.2 工艺参数对接头界面结构的影响  53-56
    4.3.3 接头界面的形成机理  56-60
  4.4 SiO_2 陶瓷/TiZrNiCu/TC4 接头的性能  60-68
    4.4.1 接头力学性能分析  60-63
    4.4.2 接头的断裂路径分析  63-68
  4.5 本章小结  68-69
第5章 采用AgCuTi 钎料钎焊SiO_2陶瓷与TC4 钛合金  69-97
  5.1 引言  69
  5.2 润湿试验  69
  5.3 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/TC4 接头的界面结构  69-85
    5.3.1 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/TC4 接头界面分析  70-73
    5.3.2 工艺参数对接头界面结构的影响  73-80
    5.3.3 接头界面的形成机理  80-85
  5.4 SiO_2 陶瓷/AgCuTi/TC4 接头的性能  85-95
    5.4.1 接头力学性能分析  86-88
    5.4.2 接头断裂路径分析  88-95
  5.5 本章小结  95-97
结论  97-99
参考文献  99-103
附录  103-105
攻读学位期间发表的学术论文  105-107
致谢  107

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 钎焊
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