TiC-Ni金屬陶瓷與45鋼的釬焊連接機(jī)理及界面層生長(zhǎng)行為.pdf

1、作為一種新型材料，利用SHS法合成的TiC金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性及與金屬間極低的摩擦系數(shù)，而且還具有一定的塑韌性，若能將這種材料與45鋼釬焊連接制成一種新型的汽車挺柱，必將會(huì)有很廣闊的應(yīng)用前景。研究TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律，對(duì)于提高連接接頭或復(fù)合材料的性能具有重要的指導(dǎo)作用，也為研究金屬陶瓷與金屬之間的界面反應(yīng)提供一定的理論基礎(chǔ)。因此，本文采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)AgCuZn釬料連接TiC金屬

2、陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)層的成長(zhǎng)行為進(jìn)行深入研究。 通過對(duì)TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭界面反應(yīng)的試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)TiC金屬陶瓷中的Ni對(duì)界面反應(yīng)產(chǎn)物和界面結(jié)構(gòu)的形成有直接影響。采用AgCuZn釬料對(duì)TiC金屬陶瓷與45鋼進(jìn)行釬焊后，從TiC金屬陶瓷側(cè)開始接頭的界面層依次為TiC金屬陶瓷/(Cu，Ni)固溶體/Cu(s.s)+Ag(s.s)/(Cu，Ni)固溶體/(Cu,Ni)+(Fe，Ni)/45鋼。依據(jù)所發(fā)

3、現(xiàn)的界面結(jié)構(gòu)，提出了界面結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理和反應(yīng)層相對(duì)厚度的概念。 試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)釬焊工藝參數(shù)變化時(shí)，接頭界面產(chǎn)物的種類并未改變，而界面各反應(yīng)層的厚度發(fā)生一定的變化。隨著釬焊溫度的提高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，TiC金屬陶瓷與45鋼側(cè)的(Cu，Ni)固溶體層的相對(duì)厚度逐漸增大；而釬縫中心的Cu(s.s)+Ag(s.s)層的相對(duì)厚度逐漸減??；45鋼側(cè)的(Cu，Ni)+(Fe，Ni)固溶體混合層的實(shí)際厚度逐漸增大。 從反應(yīng)層厚度和工藝

4、參數(shù)兩個(gè)不同的角度研究了接頭的抗剪強(qiáng)度和斷裂部位。發(fā)現(xiàn)釬焊工藝參數(shù)對(duì)接頭抗剪強(qiáng)度的影響存在最佳取值，當(dāng)釬焊溫度為1123K、保溫時(shí)間為600s時(shí)，接頭可以獲得最佳的抗剪強(qiáng)度157.7MPa，其足以滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱在實(shí)際工作中的性能要求。 TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼釬焊接頭的反應(yīng)層厚度(包括相對(duì)厚度和實(shí)際厚度)及其性能是影響接頭抗剪強(qiáng)度和斷裂部位的兩個(gè)最本質(zhì)因素。將反應(yīng)層考慮在內(nèi)的接頭殘余應(yīng)力分析和斷口分析表明，接頭的

5、具體斷裂部位除了與界面各反應(yīng)層的殘余剪應(yīng)力有關(guān)，還與反應(yīng)層的實(shí)際強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)釬焊工藝參數(shù)較低，接頭在TiC金屬陶瓷側(cè)的(Cu，Ni)固溶體層處發(fā)生解理斷裂；當(dāng)釬焊工藝參數(shù)適中，接頭在Ag(s.s)+Cu(s.s)層處發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂；當(dāng)釬焊工藝參數(shù)較高，接頭在(Cu，Ni)+(Fe，Ni)層或TiC金屬陶瓷側(cè)的(Cu，Ni)層處發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂。 從原子擴(kuò)散和金屬陶瓷/液態(tài)釬料界面?zhèn)鳠釋W(xué)的基本觀點(diǎn)出發(fā)，建立金屬側(cè)擴(kuò)散層和金屬陶瓷側(cè)固

6、溶體凝固層成長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程，為研究反應(yīng)層的成長(zhǎng)行為奠定了理論基礎(chǔ)；將所求動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)用于TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)中，建立了45鋼側(cè)(Cu，Ni)+(Fe，Ni)固溶體混合層成長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程，并確定了擴(kuò)散層成長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)；同時(shí)，建立了TiC金屬陶瓷側(cè)(Cu，Ni)固溶體層成長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程，這對(duì)深入了解TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭擴(kuò)散層和凝固層的成長(zhǎng)行為是非常有意義的。 通過對(duì)AgCuZn釬料在TiC金屬陶