tic%2fni金属陶瓷和45钢钎焊连接机理及界面层生长行为

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1、摘要作为一种新型材料，利用SHS法合成的TiC金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性及与金属间极低的摩擦系数，而且还具有一定的塑韧性，若能将这种材料与45钢钎焊连接制成一种新型的汽车挺柱，必将会有很广阔的应用前景。研究TiC金属陶瓷与45钢的界面反应现象和规律，对于提高连接接头或复合材料的性能具有重要的指导作用，也为研究金属陶瓷与金属之间的界面反应提供一定的理论基础。因此，本文采用试验研究和理论分析相结合的方法，对AgCuZn钎料连接TiC金属陶瓷与45钢的界面反应机理及反应层的成长行为进行深入研究。通过对TiC金属陶瓷／AgCuZn／45钢接头

2、界面反应的试验和分析，发现TiC金属陶瓷中的Ni对界面反应产物和界面结构的形成有直接影响。采用AgCuZn钎料对啊C金属陶瓷与45钢进行钎焊后，从TiC金属陶瓷侧开始接头的界面层依次为TiC金属陶瓷／(Cu，Nb固溶体tCu(s．s)+Ag(s．s)f(Cu，Ni)固溶体／(Cu，Ni)+(Fe，Ni)／45钢。依据所发现的界面结构，提出了界面结构的形成机理和反应层相对厚度的概念。试验结果表明：当钎焊工艺参数变化时，接头界面产物的种类并未改变，而界面各反应层的厚度发生一定的变化。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长，TiC金属陶瓷与45钢侧的(

3、Cu，Ni)IN溶体层的相对厚度逐渐增大：而钎缝中心的Cu(s．s)+Ag(s．s)层的相对厚度逐渐减小；45钢侧的(Cu，Ni)+fie，Ni)固溶体混合层的实际厚度逐渐增大。从反应层厚度和工艺参数两个不同的角度研究了接头的抗剪强度和断裂部位。发现钎焊工艺参数对接头抗剪强度的影响存在最佳取值，当钎焊温度为1123K、保温时间为600s时，接头可以获得最佳的抗剪强度157．7MPa，其足以满足汽车发动机挺柱在实际工作中的性能要求。mc金属陶瓷／AgCuZn／45钢钎焊接头的反应层厚度(包括相对厚度和实际厚度)及其性能是影响接头抗剪强度和断裂部

4、位的两个最本质因素。将反应层考虑在内的接头残余应力分析和断口分析表明，接头的具体断裂部位除了与界面各反应层的残余剪应力有关，还与反应层的实际强度有关。当钎焊工艺参数较低，接头在TiC金属陶瓷侧的(Cu，Ni)固溶体层处发生解理断裂；当钎焊工艺参数适中，接头在Ag(s。s)+Cu(s．s)层处发生准解理断裂；当钎焊工艺参数较高，接头在(Cu，Ni)+(Fe，Ni)层或TiC金属陶瓷侧的(Cu，Ni)层处发生准解理断裂。哈尔滨工业大学工学博士学位论文从原子扩散和金属陶瓷／液态钎料界面传热学的基本观点出发，建立金属侧扩散层和金属陶瓷侧固溶体凝固层成

5、长的动力学方程，为研究反应层的成长行为奠定了理论基础{将所求动力学方程应用于TiC金属陶瓷与45钢的界面反应中，建立了45钢INCu，Ni)+(Fe，Ni)[E溶体混合层成长的动力学方程，并确定了扩散层成长的标准动力学参数：同时，建立了TiC金属陶瓷OlJ(cu，Ni)固溶体层成长的动力学方程，这对深入了解TiC金属陶瓷／AgCuZn／45钢接头扩散层和凝固层的成长行为是非常有意义的。通过对AgCuZn钎料在TiC金属陶瓷表面的润湿和铺展过程进行研究，分析了液，气表面能和固／液界面能的变化。结果表明：Zn在真空中的挥发可以直接或间接地降低钎料

6、的表面张力和钎料／TiC金属陶瓷的界面张力，根据杨氏方程和钎料铺展系数的表达式可知，Zn在真空中挥发可以有效地提高AgCuZn钎料在TiC金属陶瓷表面的润湿能力。关键词TiC金属陶瓷：45钢；钎焊；界面反应；抗剪强度AbstractAsanewtypeofmaterial，TiCcermetsynthesizedbySHSmethodhasnotonlyhighhardness．Weal"resistanceandlowfrictionfactorwithmetalsbutalsoplasticandductilepropercies．IfT

7、iCcermetcanbebrazedwith45steeltomakeofanewkindofautotappet，whichCanhaswideapplicationprospect．StudyingthephenomenaandlawsofinterfacereactionsbetweenTiCcermetand45steelisnotonlyveryusefulforimprovingmechanicalpropertiesofthejointsorcomposites，butalsoveryimportanttodeveloping

8、atheoryofinterfacereactionsbetweeneermetsandmetals．Thus。thepresentthesisaims幻study