锆_钢真空扩散连接及界面元素扩散行为研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文锆/钢真空扩散连接及界面元素扩散行为研究硕士研究生：蒙凯指导教师：张中武教授学科、专业：材料科学与工程论文主审人：赵成志教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文锆/钢真空扩散连接及界面元素扩散行为研究硕士研究生：蒙凯指导教师：张中武教授学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM

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

3、y:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。

4、哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要真空扩散连接广泛应用于异种材料的连接。锆具有较低的热中子吸收截面、高温耐腐蚀性和易加工等特

5、点；Q345钢属于低合金高强度钢，塑性和焊接性能良好。锆与Q345钢的复合常用于化工反应容器的外壳，但是锆和钢的物理和化学性质相差很大，很难直接连接在一起。利用添加中间层的真空扩散连接技术，能够很好的解决这个难题。本文结合国内外锆与钢真空扩散连接的研究现状，采用较薄的非晶态铜箔作为中间层材料，在700℃下扩散连接纯锆与Q345钢，在铜箔熔化条件下控制反应层厚度。利用光学显微镜、SEM、EDS、XRD、EBSD、显微硬度试验、剪切试验和三点弯曲试验等表征技术，研究显微结构与力学性能的关系。同时，提出在更低温度下（≤620℃），采用纯铝箔作为中间层材料，在铝箔不熔化的条件下

6、控制反应层厚度，研究界面显微结构与力学性能的关系，以及反应层生长的热力学和动力学规律。纯锆/铜箔/Q345钢在700℃，3MPa下保温1h时，铜箔与母材发生冶金结合。界面反应产物分为五个区域，依次为Fe3P、Cu、CuNiPZr、Cu51Zr14、Cu3Zr2，其中Zr元素所占的区域宽度大于Fe元素。当铜箔厚度为30μm和60μm时，界面反应总厚度分别为27.0μm和31μm，界面内存在较多孔洞和缺陷，最大剪切强度和弯曲强度分别为30MPa、803MPa和47MPa、1017MPa。当铜箔厚度增加到90μm时，界面反应层总厚度为63μm，孔洞数量大大减少，在Cu内出现两

7、种树枝状共晶组织，界面结合质量得到很大改善，最大剪切强度和弯曲强度增至88MPa和1079MPa。剪切断裂机制表明：随着铜箔厚度增加，反应层中裂纹源减少，裂纹扩展路径和受树枝状共晶阻力增加，因此铜箔为90μm时具有最大剪切强度。对比前、后弯曲断裂机制，结果表明：反应层中孔洞在前弯曲中受压应力作用下闭合，在后弯曲中受拉应力作用张开，因此前弯曲性能优于后弯曲。纯锆/铝箔/Q345钢在545-575℃，3MPa下保温3-4h，铝箔与母材发生固相扩散反应，界面产物主要为波浪状的Al5Fe2和层状的Al3Zr，并存在一层微米级的过渡相Al3Fe和齿