SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、SiBCN陶瓷是一種新型的耐高溫結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的抗氧化，抗疲勞性能。其與TC4鈦合金的可靠連接可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中的結(jié)構(gòu)部件，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。SiBCN陶瓷與TC4鈦合金釬焊時(shí)，異種材料之間顯著的物化性質(zhì)差異易在釬焊接頭中形成過(guò)大的殘余應(yīng)力，影響接頭力學(xué)性能。本文從調(diào)節(jié)接頭熱膨脹系數(shù)角度出發(fā)，采用激光熔覆方法在TC4鈦合金基體上設(shè)計(jì)制備陶瓷相體積分?jǐn)?shù)梯度熔覆層，并將其作為中間層，實(shí)現(xiàn)SiBCN陶瓷與TC4鈦合金之間的高質(zhì)量釬焊

2、。
　　采用送粉式激光熔覆方法，在TC4鈦合金表面首先制備TiB2熔覆層，繼而在其上二次熔覆制備SiC熔覆層。探究激光功率、掃描速度及送粉速度對(duì)于首層TiB2熔覆層及次層SiC熔覆層的宏觀形貌及顆粒分布的影響規(guī)律。研究表明，激光功率及激光掃描速度通過(guò)改變線能量一方面，控制熔池的熔深和熔寬，決定激光熔覆層的寬度、厚度及宏觀形貌；另一方面，控制熔池的溫度場(chǎng)，進(jìn)而控制熔池內(nèi)界面反應(yīng)程度及反應(yīng)物的消耗，影響顆粒分布。送粉速度通過(guò)陶瓷顆粒的

3、送入量與線能量的匹配，改變?nèi)鄢貎?nèi)顆粒含量及反應(yīng)程度，影響熔覆層宏觀形貌及顆粒分布情況。最優(yōu)工藝下制備的激光熔覆層內(nèi)陶瓷相體積分?jǐn)?shù)梯度過(guò)渡，熔覆層表面平整，內(nèi)部界面連續(xù)無(wú)明顯缺陷，熔覆層顯微硬度較TC4基體增大70％以上。
　　實(shí)現(xiàn)激光熔覆法制備梯度熔覆層后，將其作為釬焊中間層，配合AgCuTi釬料實(shí)現(xiàn)了SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的可靠連接。接頭典型界面結(jié)構(gòu)為：SiBCN/TiC+TiB/TiN/Ti5Si3/Ag(s,s)+Cu

4、(s,s)+Cu2Ti/CuxTiy+Ti5Si3/CuxTiy+TimSin+TiC+SiC/TC4+Ti C+SiC+Ti5Si3/TC4+TiB2/TC4+TiB/TC4。研究了釬焊溫度及保溫時(shí)間對(duì)界面組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明，釬焊溫度及保溫時(shí)間通過(guò)改變?cè)訑U(kuò)散及界面反應(yīng)程度，影響接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能。當(dāng)釬焊溫度為850℃，保溫時(shí)間為5min時(shí)，接頭達(dá)到最大抗剪強(qiáng)度38MPa，比無(wú)梯度中間層直接釬焊時(shí)強(qiáng)度提升5倍。