Ni层对钛/钢钎焊接头组织和性能的影响机制

【摘要】钛及其合金因其质轻、耐腐蚀并且具有较好的综合力学性能,逐渐取代了一些容易受到严重腐蚀的合金,像铜合金等一些合金,但由于钛及其合金的价格昂贵,导致钛及其合金在工业应用中受到极大的限制。不锈钢具有很好的性能,相比钛及钛合金而言,其应用成本较低,所以将两种金属连接起来应用于航天、航空以及各个领域。研究钛及钛合金与不锈钢的焊接,具有独特的优势和良好的经济效益,然而,在钛／钢异种金属焊接过程中,由于在接头中易形成脆性金属间化合物及低熔点共晶组织,这些组织的存在降低了接头的综合力学性能,导致接头的服役性降低。为了解决钛／钢接头金属间化合物引起的焊缝组织性能恶化问题,在本试验中以Ag45CuZn为钎料,采用真空钎焊的方法,通过在钛合金与不锈钢母材匹配面镀Ni层,研究了镀Ni层对基体匹配面性能以及接头原子扩散行为、微观组织和力学性能的影响机制,试验结果分析表明：(1)在TC4钛合金与304不锈钢匹配面电化学Ni层,通过对膜层微观组织及表面成分研究表明,所镀Ni层在TC4钛合金与304不锈钢表面仍旧以膜层的形式存在,只有少数Ni和母材中的元素发生了结合,形成Ni-Cr-Fe以及(Cr,Ni)的聚集物,并且当Ni层厚度超过一定数值时,膜层孔洞直径将会大大减小和在TC4钛合金表面镀Ni层相比而言,不锈钢表面Ni膜的孔洞直径几乎处于同一数量值,并且组织均匀。(2)对孔洞周围的组织做点扫描分析表明,Fe原子是通过Ni层的孔洞扩散到Ni膜表面,无法穿越膜层致密的区域扩散到表面,孔洞直径的大小是限制不锈钢中的Fe原子穿过Ni层扩散的其它区域的主要原因。(3)Ni层对Fe、Ti等原子扩散的阻碍程度存在差异,这种差异性与Ni层在接头区域中的介入物理位置有关,在不锈钢侧镀Ni使组织和性能得到改善,而在钛合金侧镀Ni却使得组织和性能恶化。(4)不锈钢侧镀Ni改变了Ti、Fe等原子在各区的原子浓度分布,原子间冶金反应程度明显降低,接头组织形态更为均匀,并且使接头中Ti-Fe等金属间化合物的生成量下降,从而使其接头剪切强度明显提高。(5)由于钛合金侧易形成Fe、Ti、Cr、Ni元素的富集,形成FeTi+Cr2Ti+β-Ti的共晶组织,致使近钛合金区域成为整个钎焊接头力学性能的薄弱区。
【作者】马驰原；
【导师】张鹏贤；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】镀Ni层；孔洞直径；原子扩散；金属间化合物；

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