Cf-LAS復(fù)合材料與TC4合金釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著新型碳纖維增強(qiáng)材料的發(fā)展，Cf/LAS復(fù)合材料具有極低甚至負(fù)的熱膨脹系數(shù)、較高的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的機(jī)械性能以及優(yōu)良的抗熱震性能，被認(rèn)為是一種理想的用于尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性要求較高的高溫結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)成功應(yīng)用于精密儀器和航空航天等領(lǐng)域。將Cf/LAS復(fù)合材料與TC4合金連接制成結(jié)構(gòu)件，可拓寬碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。本文采用AgCuTi和AgCu兩種釬料對(duì)Cf/LAS復(fù)合材料與TC4合金進(jìn)行了連接，對(duì)接頭微觀組織與力學(xué)性能

2、關(guān)系進(jìn)行了深入研究，并闡明了界面反應(yīng)機(jī)理。
　　采用AgCuTi釬料時(shí)，接頭的界面結(jié)構(gòu)為Cf/LAS復(fù)合材料/TiSi2+TiC/Ti3Cu4/Ag(s,s)/Cu(s,s)/Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu/Ti2Cu+Ti(s,s)/TC4合金；當(dāng)改變釬焊工藝參數(shù)時(shí)，接頭界面產(chǎn)物的種類沒(méi)有發(fā)生變化，但界面各反應(yīng)層厚度均發(fā)生了相應(yīng)的改變。隨著釬焊工藝參數(shù)的提高，TiSi2+TiC/Ti3Cu4以及Ti2Cu/Ti2Cu+Ti(

3、s,s)反應(yīng)層的厚度增加，Ti3Cu4/TiCu以及焊縫中心的Ag(s,s)+Cu(s,s)反應(yīng)層厚度減小，Ti2Cu反應(yīng)層由斷續(xù)變成連續(xù)繼而增厚，Cu(s,s)的數(shù)量減少直至消失；當(dāng)釬焊溫度為890℃，保溫時(shí)間為10min時(shí)，接頭的室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值26.4MPa，低于或高于890℃/10min工藝參數(shù)時(shí)，接頭的室溫抗剪強(qiáng)度都有所下降；通過(guò)對(duì)接頭剪切斷口分析，在釬焊工藝參數(shù)較低或適中的條件下，斷裂主要發(fā)生在TiSi2+TiC層中。

4、在釬焊工藝參數(shù)較高的條件下，斷裂主要發(fā)生在TiSi2+TiC/Ti3Cu4界面處以及Ti3Cu4層中。
　　為了降低接頭殘余應(yīng)力、提高接頭的機(jī)械性能，采用AgCu釬料對(duì)Cf/LAS復(fù)合材料與TC4合金進(jìn)行了連接，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在較低工藝參數(shù)下，Cf/LAS復(fù)合材料/TC4合金界面結(jié)構(gòu)為Cf/LAS復(fù)合材料/TiSi2+TiC/Ti2Cu3/Ag(s,s)/Cu(s,s)/Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu/Ti2Cu+Ti(s,s)/

5、TC4合金。隨著釬焊溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，Ti2Cu3反應(yīng)相逐漸消失，Ti3Cu4新相生成，此時(shí)的界面結(jié)構(gòu)為Cf/LAS復(fù)合材料/TiSi2+TiC/Ti3Cu4/Ag(s,s)/Cu(s,s)/Ti3Cu4/TiCu/Ti2Cu/Ti2Cu+Ti(s,s)/TC4合金。隨著釬焊工藝參數(shù)的提高，TiSi2+TiC/Ti2Cu3以及Ti2Cu/Ti2Cu+Ti(s,s)反應(yīng)層的厚度增加，Ti3Cu4/TiCu以及焊縫中心的Ag(s,

6、s)+Cu(s,s)反應(yīng)層厚度減小，Ti2Cu反應(yīng)層由斷續(xù)變成連續(xù)繼而增厚，Cu(s,s)的數(shù)量減少直至消失，Ti2Cu3反應(yīng)相生成為Ti3Cu4相；當(dāng)釬焊溫度為880℃保溫時(shí)間為10min時(shí)，接頭的室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值33.5MPa，低于或高于880℃/10min工藝參數(shù)時(shí)，接頭的抗剪強(qiáng)度下降；通過(guò)對(duì)接頭斷口分析，在釬焊工藝參數(shù)較低或適中的條件下，斷裂主要發(fā)生在TiSi2+TiC層中。在釬焊溫工藝參數(shù)較高的條件下，斷裂發(fā)生在TiSi

7、2+TiC/Ti3Cu4界面處以及Ti3Cu4層中。
　　對(duì)釬焊接頭中的各相進(jìn)行熱力學(xué)分析和反應(yīng)機(jī)理研究，并從原子擴(kuò)散理論出發(fā)分析了TC4合金和Cf/LAS復(fù)合材料的釬焊過(guò)程，為了闡明這兩種材料在釬焊連接過(guò)程中的界面形成機(jī)理，現(xiàn)將其冶金反應(yīng)過(guò)程劃分為如下四個(gè)階段：(1)TC4母材與液態(tài)釬料間的相互作用階段；(2)TC4側(cè)原子擴(kuò)散層的形成、復(fù)合材料側(cè)Ti原子的擴(kuò)散及復(fù)合材料側(cè)反應(yīng)層的形成階段；(3)TC4母材在液態(tài)釬料中的持續(xù)溶解、