鋯_鋼真空擴散連接及界面元素擴散行為研究

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1、分類號：密級：UDC：編號：工學碩士學位論文鋯/鋼真空擴散連接及界面元素擴散行為研究碩士研究生：蒙凱指導教師：張中武教授學科、專業(yè)：材料科學與工程論文主審人：趙成志教授哈爾濱工程大學2018年3月分類號：密級：UDC：編號：工學碩士學位論文鋯/鋼真空擴散連接及界面元素擴散行為研究碩士研究生：蒙凱指導教師：張中武教授學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：材料科學與工程所在單位：材料科學與化學工程學院論文提交日期：2018年1月論文答辯日期：2018年3月學位授予單位：哈爾濱工程大學ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM

2、.EngVacuumDiffusionBondingandInterfacialElementsDiffusionBehaviorbetweenZirconiumandSteelCandidate:MengKaiSupervisor:Prof.ZhangZhongwuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:January,2018DateofOralExamination:March,2018Universit

3、y:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導師的指導下，由作者本人獨立完成的。有關觀點、方法、數據和文獻的引用已在文中指出，并與參考文獻相對應。除文中已注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學學位論文授權使用聲明本人完全了解學校保護知識產權的有關規(guī)定，即研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權屬于哈爾濱工程大學。

4、哈爾濱工程大學有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件。本人允許哈爾濱工程大學將論文的部分或全部內容編入有關數據庫進行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文，可以公布論文的全部內容。同時本人保證畢業(yè)后結合學位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學。涉密學位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學位后即可□在授予學位12個月后□解密后）由哈爾濱工程大學送交有關部門進行保存、匯編等。作者（簽字）：導師（簽字）：日期：年月日年月日摘要真空擴散連接廣泛應用于異種材料的連接。鋯具有較低的熱中子吸收截面、高溫耐腐蝕性和易加工等特

5、點；Q345鋼屬于低合金高強度鋼，塑性和焊接性能良好。鋯與Q345鋼的復合常用于化工反應容器的外殼，但是鋯和鋼的物理和化學性質相差很大，很難直接連接在一起。利用添加中間層的真空擴散連接技術，能夠很好的解決這個難題。本文結合國內外鋯與鋼真空擴散連接的研究現狀，采用較薄的非晶態(tài)銅箔作為中間層材料，在700℃下擴散連接純鋯與Q345鋼，在銅箔熔化條件下控制反應層厚度。利用光學顯微鏡、SEM、EDS、XRD、EBSD、顯微硬度試驗、剪切試驗和三點彎曲試驗等表征技術，研究顯微結構與力學性能的關系。同時，提出在更低溫度下（≤620℃），采用純鋁箔作為中間層材料，在鋁箔不熔化的條件下

6、控制反應層厚度，研究界面顯微結構與力學性能的關系，以及反應層生長的熱力學和動力學規(guī)律。純鋯/銅箔/Q345鋼在700℃，3MPa下保溫1h時，銅箔與母材發(fā)生冶金結合。界面反應產物分為五個區(qū)域，依次為Fe3P、Cu、CuNiPZr、Cu51Zr14、Cu3Zr2，其中Zr元素所占的區(qū)域寬度大于Fe元素。當銅箔厚度為30μm和60μm時，界面反應總厚度分別為27.0μm和31μm，界面內存在較多孔洞和缺陷，最大剪切強度和彎曲強度分別為30MPa、803MPa和47MPa、1017MPa。當銅箔厚度增加到90μm時，界面反應層總厚度為63μm，孔洞數量大大減少，在Cu內出現兩

7、種樹枝狀共晶組織，界面結合質量得到很大改善，最大剪切強度和彎曲強度增至88MPa和1079MPa。剪切斷裂機制表明：隨著銅箔厚度增加，反應層中裂紋源減少，裂紋擴展路徑和受樹枝狀共晶阻力增加，因此銅箔為90μm時具有最大剪切強度。對比前、后彎曲斷裂機制，結果表明：反應層中孔洞在前彎曲中受壓應力作用下閉合，在后彎曲中受拉應力作用張開，因此前彎曲性能優(yōu)于后彎曲。純鋯/鋁箔/Q345鋼在545-575℃，3MPa下保溫3-4h，鋁箔與母材發(fā)生固相擴散反應，界面產物主要為波浪狀的Al5Fe2和層狀的Al3Zr，并存在一層微米級的過渡相Al3Fe和齒