压焊方法及设备第九章ppt课件.ppt

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1、第九章扩散连接定义扩散连接(diffusionbonding，diffusionwelding)是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成了新的扩散层，从而实现可靠连接。9.1扩散连接机理9.1.1固相扩散连接基本原理1、接头形成过程扩散连接过程可大致分为物理接触、接触表面的激活、扩散及形成接头三个过程。2、材料连接时的物理接触过程（1）物理接触及氧化膜去除被连接面在真空中加热时，油脂逐渐分解和挥发，吸附的蒸气和各种气体分子被解吸下来。化学吸附气体和氧化膜一般难以从表面上清除，但在扩散连接的条件下，由于产生解吸、升华

2、、溶解和还原作用，很容易将氧化膜清除掉。1）解吸：在扩散连接加热条件下，Ag、Cu、Ni等金属的氧化物可以解吸下来，加热使金属表面的氧化物结构发生变化，提高真空度可使氧化物解吸的温度下降。2）蒸发及升华：当氧化物的饱和蒸气压高于该氧化物在气相中的蒸气分压时，在真空中的氧化膜可以升华。3）溶解：由于界面间的相互作用，金属表面的氧化膜向基体中溶解，或利用母材中所含的合金元素发生还原反应。4）化学反应：真空系统中的残留的H2O、CO2、H2、O2等化学活性气体，会与被连接材料的表面发生氧化-还原反应。5）表面变形去膜：在被连接界面已经接触的条件下，如果金属与其氧化物的塑性、硬度、热膨

3、胀系数相差很大，即使极其微小的变形也会破坏氧化膜的整体性而龟裂成碎片被除去。（2）氧化膜去除机制1）钛镍型：这类材料扩散连接时，氯化膜的去除主要是靠在母材中产生溶解。2）钢铁型：经过清理后钢铁材料表面的少量氧化膜，由于氧在基体中溶解量较少，在扩散连接过程中形成氧化膜的集聚，在空隙内或接合面上形成夹杂物。3）铝合金型：由于表面有一层致密的氧化膜，而且这种氧化膜在基体中的溶解度很小。去除氧化膜的方法主要是在扩散连接过程中，通过微观区域的塑性变形使氧化膜破碎，或在真空室中含有很强的还原元素(如镁等)将铝表面的氧化膜还原。（3）物理接触的形成扩散连接时表面的物理接触(使表面接近到原子间

4、力的作用范围之内)是形成连接接头的必要条件。表面凹凸变形的接触面积，一般称为物理接触面积，它主要取决于材料的性质、连接温度和施加的压力。3、扩散连接时的化学反应（1）原子的相互作用：接触面形成时，所产生的结合力不足以产生表面原子间的牢固连接，为了获得原子之间的牢固结合(形成金属键、共价键、离子键)，就必须激活表面上的原子。（2）扩散时的化学反应：在异种材料特别是金属与非金属材料连接时，界面将发生化学反应。首先在局部形成反应源，而后向整个连接界面上扩展，当整个界面都发生反应时，则形成良好的连接。1）反应类型：界面进行的化学反应主要有AO+BO=ABO2的化合反应和AO+B=BO+

5、A的置换反应两种。化合反应开始由局部发生，而后逐渐扩展到整个表面，并形成一定的化台物层，有时在界面上可能形成一个很宽的难熔的化合物层。置换反应与化合反应不同，当活性金属铝、镁、铍、钛、锆、铬等及其合金与玻璃或陶瓷材料连接时，则按一定的反应速度形成置换反应。2）反应的热力学计算：在扩散连接条件下，局部化学反应的进行可以用热力学来分析。3）反应产物：无论是化合反应还是置换反应，界面大多生成无限固溶体、有限固溶体和反应层。对于异种金属来说，反应层一般为金属间化合物；而对于陶瓷和金属来说，反应产物比较复杂，可生成各类化合物。9.1.2液相扩散连接基本原理该方法也称瞬时液相扩散连接(tr

6、ansientliquitphase)，通常采用比母材熔点低的材料作为中间夹层，在加热到连接温度时，中间层熔化。在结合面上形成瞬间液膜，在保温过程中，随着低熔点组元向母材的扩散，液膜厚度随之减小直至消失，再经一定时间的保温而使成分均匀化。液相扩散的三个阶段（1）液相的生成将中间扩散夹层材料夹在被连接表面之间，施加一定的压力（0.1MPa），或依靠工件自重使相互接触。（2）等温凝固过程液相形成并充满整个焊缝缝隙后，应立即开始保温，使液-固相之间进行充分的扩散，由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材内，母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固，凝固界面从两侧向中间推

7、进。（3）成分均匀化等温凝固形成的接头，成分不均匀。为了获得成分和组织均匀的接头，需要继续保温扩散。9.1.3超塑成形扩散连接基本原理超塑性是指在一定的温度下，对于等轴细晶粒组织，当晶粒尺寸、材料的变形速率小于某一数值时，拉伸变形可以超过100％，甚至达到数千倍，这种行为叫做材料的超塑性行为。9.2扩散连接工艺9.2.1扩散连接的工艺特点与其他焊接方法相比，扩散连接技术有以下几方面的优点：1)接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观裂纹等熔焊时的缺陷。2)同种材料接合时，可获得与母材性能