钛合金_镍箔_不锈钢脉冲加压扩散连接界面结构及接合强度

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1、第36卷第9期稀有金属材料与工程Vol.36,No.92007年9月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGSeptember2007钛合金/镍箔/不锈钢脉冲加压扩散连接界面结构及接合强度袁新建，盛光敏，秦斌，黄文展(重庆大学，重庆400044)摘要：采用纯镍箔作中间过渡层，在脉冲加压扩散连接工艺下，对TA17钛合金与0Cr18Ni9Ti不锈钢进行了连接试验，并测定了接头的拉伸强度。结果表明：采用镍箔作中间过渡金属的脉冲加压扩散连接，实现了钛合金与不锈钢的高效良好连接，接头抗拉强度达到了33

2、4MPa。采用金相显微镜和扫描电镜，对拉伸断口形貌进行了观察和分析；利用能谱仪（EDS）测定了拉伸断口各区域内的微区成分；并对拉伸断口进行了剥层试验。结果表明：拉伸断裂发生在Ni-Fe和Ni-Ti之间，Ni-Fe和Ni-Ti区均承载拉伸力，中间层Ni的存在成功地阻止了Fe与Ti之间的互扩散。关键词：钛合金；不锈钢；镍箔；脉冲加压；扩散连接中图法分类号：TG453.9文献标识码：A文章编号：1002-185X(2007)09-1617-06[10]成的金属间化合物具有一定的塑性。因此，采用镍1引言作中间层可以进行扩散

3、连接试验。钛及钛合金比强度高、耐蚀性能好；而不锈钢价乌克兰巴顿焊接研究所提出了异种金属的脉冲加格较低，是工业上较常用的一种材料。钛及钛合金与压扩散焊接方法，当焊接件加热到一定温度时，在很不锈钢的复合构件，能充分发挥二者在性能上与经济短时间施加一个较大的脉冲压力，瞬间提高原子的扩[1]上的优势互补。因此，在航天航空、国防及化学工散速度，快速形成接头，可以大大提高连接效率和接[2,3]业等部门也有着广阔的应用前景，开展其连接新工头性能；脉冲加压扩散连接方法打破了扩散连接的一艺的研究，具有非常重要的意义。般概念，扩大扩散

4、连接的应用前景，它具有非常高的[11,12]钛合金与不锈钢进行连接时，由于钛与不锈钢中理论研究和实际应用价值。文献[13~15]针对钛合基体铁的晶格类型不同，原子半径相差较大，相互溶金与不锈钢脉冲加压扩散连接方法和工艺进行了探索解度很小，根据Fe-Ti二元相图在连接接头会形成脆性研究。而硬的Fe-Ti金属间化合物；铁与钛二者之间的物理、针对异种金属钛合金与不锈钢的连接问题，本研化学性能差异显著，特别是热膨胀系数不同，还将会究首次采用加镍中间层脉冲加压扩散连接工艺进行直接导致接头中产生较大的残余应力，这都会使接头了试

5、验，并对扩散连接的界面结构和连接性能进行了[4~6]性能大幅下降。研究。从目前国内外的研究现状来看，主要是采用中间2材料及方法层过渡金属的办法，将钛和铁间接地连接起来。采用纯铝中间层的摩擦焊，接头的强度与铝层的厚度有关，2.1实验材料[7]最高强度σb＝150MPa；采用镍和铜复合中间层的扩采用的焊接材料：TA17近α型钛合金与[8]散焊，所形成的接头极脆，最高强度σb＝146MPa；0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢棒材。钛合金与不锈钢的化[9]采用钒＋铜复合中间层的扩散焊，接头强度可比铜学成分见表1，原始金相组织

6、见图1。将被连接材料加及钒的强度高1~2倍，但这种接头的耐蚀性往往满足工成Φ12mm×30mm的圆柱试样，将待焊试样用水不了要求。砂纸依次打磨，将其磨到试样的端面没有划痕或只有镍具有良好的耐蚀性，且与铁无限互溶，与钛形少量轻微的划痕，并将磨好的试样用0.5µm的Al2O3收稿日期：2006-09-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（50675234）作者简介：袁新建，男，1980年生，硕士研究生，重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044，电话：023-65120793，E-mail：cqu_y@sina.c

7、om·1618·稀有金属材料与工程第36卷的抛光粉进行机械抛光。扩散连接前采用酸洗的间层材料采用纯镍箔（厚度为13µm）。方法去除其表面氧化膜；并用丙酮清洗表面油脂。中表1试验材料的化学成分(ω/%)Table1ChemicalcompositionofmaterialstestedAlloyAlNiCrTiVFeSiCNOMnSPTA174.5－－Base2.20.06<0.040.010.0230.05－－－0Cr18Ni9Ti－9180.5－Base－0.08－－2.00.020.03均为3层结构，为了研究方

8、便，如图3所示把接头分ab为B，C，D3层区，靠近不锈钢侧的称为B区，靠近钛合金侧的称为D区，B区和D区之间称为C区，各层随着连接温度的升高逐渐增厚。ab25µm图1试验材料原始金相组织Fig.1Metallographyofmaterialstested:(a)titaniumalloyand(b)stainlesssteel40µm2.2实验方法图3镍箔