TiAl与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能.pdf

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1、第41卷第11期稀有金属材料与工程Vo1．41，No．112012正l1月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERnGNovember20l2TiAI与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能李海新，林铁松，何鹏，王显军，冯吉才(哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)摘要：以Ti为中间层实现了TiA1与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析，并对接头剪切强度进行测试。结果表明：当钎焊温度为960℃时，钎缝主要由Ti。。和Ti2Ni组成；当钎焊温度从960℃升高到1000℃时

2、，钎缝中生成—Al及A1．Ni—Ti化合物，典型界面结构为：GH99／(Ni，Cr)。／Ti2Ni+AINi2Ti+TiNi／3AI+A13NiTi2／Ti3AI+A13NiTi2／TiA1；钎焊温度继续升高，Ti3Al和A13NiTi2变得粗大，导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃，保温10rain时，接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高，钎缝厚度先增加后减小。关键词：TiAl；Ni基合金；钎焊；界面微观结构；剪切强度中图法分类号：TG454文献标识码：A文章编号Tl合金具有低密度、高比强度、高比刚度、良高温的钎料体系。在钎焊TiAI合金的钎料中，Ti

3、．Ni好的高温力学性能和优异的抗氧化性能等优点，是未钎料可以满足800℃的使用环境。段辉平等人¨采来应用于航空、航天飞行器热端部件的理想候选材用过渡液相连接方法以Ti—Ni为中间层实现了TiAl合料[卜。相比于传统应用的Ni基高温合金，TiA1合金金与Inconel718合金的连接，但对接头的界面组织及的部分取代能够显著减轻飞行器的重量，提高其飞行性能均没有详细研究。及发射效率。因此，研究TiAl合金与Ni基高温合金考虑到使用温度及Ti与Ni基合金中的Ni能发生的连接对于TiAI合金在航空航天、武器制造等领域的共晶反应产生液相，因此，在本研究中采用Ti箔作中广泛应用具有非常

4、重要的意义。间层，通过接触反应钎焊连接TiAl合金与Ni基合金，由于TiA1合金具有明显的低温脆性和热裂倾向，并对接头的界面组织、剪切强度和界面反应过程进行采用传统的熔化焊方法很难获得满意的连接接头。因分析。此，人们采用扩散连接和钎焊方法实现TiA1合金自身1实验及与其他材料的连接_l，4】。目前已有关于TiA1合金与Ni基高温合金连接的报道，但大多采用扩散连接方实验材料为TiA1合金与Ni基合金(型号为法[，，刚。TiAI合金与Ni基高温合金扩散连接研究表明，GH99)，其化学成分见表1。用电火花线切割将TiA1直接扩散连接时，界面处大量脆性金属间化合物的生合金加工成7m

5、mx5minx2mm的试样，将GH99合金成导致接头强度较低[1]；采用超塑性扩散连接和白蔓分别加工成7minx5mmx1．2mm的金相试样和l4延扩散连接可以实现两者的连接[I6]，但工艺复杂、成minx5minx1．2mm的测强度试样。中间层材料采用纯本较高，且扩散连接本身存在工件表面要求高，热循Ti箔，厚度为100um，将Ti箔剪成与TiAI合金同样环周期长，需要均匀加压等特殊要求，在一定程度上大小。焊前将待连接表面在80#、200#、400#、600#、限制了其在工程领域的实际应用。因此，对比之下，800#SiC砂纸上逐级磨光，然后将待焊试样及中间层钎焊技术更具有实

6、用性。目前关于钎焊连接TiAI合金一起放入丙酮中超声清洗10min，按照TiA1／Ti／GH99的报道较多[1,7-10]，但关于TiA1合金与Ni基高温合金的顺序装配好，放入真空度约为3×10。Pa的钎焊炉中的钎焊连接却几乎未见报道。由于TiAl合金与Ni基进行接触反应钎焊。接触反应钎焊参数为钎焊温度高温合金大多应用于高温环境中，因此，需要选择耐960～1040℃，保温时间10min。将TiAl／Ti／GH99接收稿日期：2011-l1．08基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(HIT．BRET1．2010006，HIT．NSRIF．2010119)；国家自然科学基金

7、(51021002，E050803)作者简介：李海新，女，1982年生，博士生，哈尔滨工业大学材料学院，黑龙江哈尔滨150001，电话：0451—86412974；通讯作者：何鹏，博士，电话：0451—86402787，E—mail：hithepeng@hit．edu．crl·1948·稀有金属材料与工程第41卷发生共晶反应，产生液相：一Ti+Ti2Ni—L(2)。随着钎焊温度的升高，Ti中间层完全熔化，GH99中的Ni继续向熔融Ti中间层中扩散、溶解，导致富合金元素的(Ni，Cr)。层增厚。在TiA1／Ti界面处