擴(kuò)散連接技術(shù)在異種材料連接中的運(yùn)用

擴(kuò)散連接技術(shù)在異種材料連接中的運(yùn)用

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1、西安理工大學(xué)研究生課程論文/研究報(bào)告西安理工大學(xué)研究生課程論文/研究報(bào)告課程名稱:擴(kuò)散與固態(tài)相變課程代號(hào):任課教師:趙康論文/研究報(bào)告題目:擴(kuò)散連接技術(shù)在異種材料連接中的運(yùn)用完成日期:2012年10月30日學(xué)科:學(xué)號(hào):1208050417姓名:劉明志成績(jī):西安理工大學(xué)研究生課程論文/研究報(bào)告擴(kuò)散連接技術(shù)在異種材料連接中的運(yùn)用摘要:近年來(lái),新材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用,經(jīng)常遇到這些材料本身或與其他材料的連接問題。一些新材料如陶瓷、金屬間化合物、非晶態(tài)材料及單晶合金等的可焊性差,用傳統(tǒng)熔焊方法,很難實(shí)現(xiàn)可靠的連接。隨著技術(shù)的發(fā)展,

2、一些特殊的高性能構(gòu)件的制造,往往要求把性能差別較大的異種材料,如金屬與陶瓷、鋁與鋼、鈦與鋼、金屬與玻璃等連接在一起,這也是傳統(tǒng)熔焊方法難以實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在不但要連接金屬,而且要連接非金屬,或金屬與非金屬。因此,連接所涉及的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)熔焊的概念。為了適應(yīng)這種要求,近年來(lái)作為固相連接的方法之一擴(kuò)散連接技術(shù)引起人們的重視,成為連接領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn),正在飛速發(fā)展。本文主要介紹了擴(kuò)散連接技術(shù)的原理以及影響擴(kuò)散連接性能的諸因素,為分析研究具體的異種材料的擴(kuò)散連接提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:擴(kuò)散連接、固相擴(kuò)散、瞬時(shí)液相擴(kuò)散、中間層擴(kuò)散連

3、接是在一定的溫度和壓力下,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,連接界面原子間相互擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)的可靠連接。1擴(kuò)散連接方法特點(diǎn)1)擴(kuò)散連接的優(yōu)點(diǎn)主要有:接合區(qū)域無(wú)凝固(鑄造)組織,不生成氣孔、宏觀裂紋等熔焊時(shí)的缺陷;同種材料接合時(shí),可獲得與母材性能相同的接頭,幾乎不存在殘余應(yīng)力;可以實(shí)現(xiàn)難焊材料的連接,對(duì)于塑性差或熔點(diǎn)高的同種材料、互相不溶解或在熔焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生脆性金屬間化合物的異種材料(包括金屬與陶瓷),擴(kuò)散連接是可靠的連接方法之一;精度高,變形小,精密接合;可以進(jìn)行大面積板及圓柱的連接;采用中間層可減少殘余應(yīng)力。2)擴(kuò)散連接的缺點(diǎn):無(wú)法進(jìn)行連續(xù)式

4、批量生產(chǎn);時(shí)間長(zhǎng),成本高;接合表面要求嚴(yán)格;設(shè)備一次性投資較大,且連接工件的尺寸受到設(shè)備的限制。3)擴(kuò)散連接的分類:西安理工大學(xué)研究生課程論文/研究報(bào)告2擴(kuò)散連接的原理擴(kuò)散連接也是壓力焊一種變形,與常用壓力焊方法(冷壓焊、摩擦焊、爆炸焊、超聲波焊)相同的是在連接過(guò)程中要施加一定的壓力,不同的主要在于溫度-壓力強(qiáng)度及過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。擴(kuò)散連接是零件整體連接的方法,這種連接接頭是在原子水平上形成的,它是相互接觸的表面,在高溫和壓力的作用下,被連接表面相互靠近,局部發(fā)生塑性變形,經(jīng)一定時(shí)間后保證結(jié)合層原子間相互擴(kuò)散,形成整體水

5、平上的可靠連接。2.1固相擴(kuò)散連接的原理固相擴(kuò)散連接主要由以下三個(gè)階段完成:第一階段為物理接觸階段,這是保證整個(gè)表面都可靠接觸,只有接觸面達(dá)到一定的距離,原子間才能相互作用形成原子間的結(jié)合,才能形成可靠的連接。在高溫下微觀不平的表面,在外加壓力的作用下,總有一些點(diǎn)首先達(dá)到塑性變形,在持續(xù)壓力的作用下,接觸面逐漸增大,而達(dá)到整個(gè)面的可靠接觸。第二階段則是接觸表面的激活階段,物理接觸面積逐漸擴(kuò)大,在接觸界面的某些點(diǎn)處形成活化中心,在這個(gè)區(qū)域可以進(jìn)行局部化學(xué)反應(yīng)。接觸界面原子間的相互擴(kuò)散,形成牢固的結(jié)合層。第三階段是形成可靠

6、接頭階段,在接觸的部分形成的結(jié)合層,逐漸向體積方向發(fā)展,形成可靠的連接接頭。擴(kuò)散連接的三階段模型示意圖如圖2:上述過(guò)程相互交叉進(jìn)行,最終在連接界面處由于擴(kuò)散、再結(jié)晶等生成固溶體及共晶體,有時(shí)生成金屬間化合物,形成可靠的連接接頭。該過(guò)程不但應(yīng)考慮擴(kuò)散過(guò)程,同時(shí)應(yīng)考慮界面生成物的性質(zhì),如性能差別較大的兩種金屬,在高溫長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散時(shí),界面極易生成脆性金屬間化合物,而使接頭性能變差。西安理工大學(xué)研究生課程論文/研究報(bào)告2.2液相擴(kuò)散連接基本原理液相擴(kuò)散連接方法自20世紀(jì)50年代以來(lái),在彌散強(qiáng)化高溫合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、異種金屬

7、材料以及新型材料的連接中得到了大量應(yīng)用。該方法也稱瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接(TransientLiquitPhase),通常采用比母材熔點(diǎn)低的材料作中間夾層,在加熱到連接溫度時(shí),中間層熔化,在結(jié)合面上形成瞬間液膜,在保溫過(guò)程中,隨著低熔點(diǎn)組元向母材的擴(kuò)散,液膜厚度隨之減小直至消失,再經(jīng)一定時(shí)間的保溫而使成分均勻化。瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接過(guò)程示意圖如下圖3所示。a)形成液相b)低熔點(diǎn)元素向母材擴(kuò)散c)等溫凝固d)等溫凝固結(jié)束e)成分均勻化液相擴(kuò)散連接的過(guò)程主要由三個(gè)階段完成:第一階段是液相的生成,將中間擴(kuò)散夾層材料夾在被連接表面之間,

8、施加一定的壓力,或依靠工件自重使相互接觸。然后在無(wú)氧化或無(wú)污染的條件下加熱,當(dāng)加熱到連接溫度TB時(shí),形成共晶液相(上圖a)。第二階段是等溫凝固過(guò)程,液相形成并充滿整個(gè)焊縫縫隙后,應(yīng)立即開始保溫,使液-固相之間進(jìn)行充分的擴(kuò)散,由于液相中使熔點(diǎn)降低的元素大量擴(kuò)散至母材內(nèi)(圖b),母材中某些元素向液相中溶解,使液相的熔點(diǎn)逐漸升高而凝固,

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