【摘 要】
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本文针对304不锈钢/Ti与Cu连接界面处易产生裂纹、生成金属间化合物等问题,研究了Co Cr Fe Mn Ni高熵合金(HEA)作为扩散中间层的真空扩散连接。通过SEM、EDS、XRD以及显微硬度测试,对焊接接头界面微观形貌及扩散产物进行表征。探究了不同工艺参数下焊接接头的扩散反应机理及力学性能,研究元素扩散对界面相形成的规律。调整工艺参数,选用三种不同的焊接温度对304SS/Cu和Ti/Cu进
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本文针对304不锈钢/Ti与Cu连接界面处易产生裂纹、生成金属间化合物等问题,研究了Co Cr Fe Mn Ni高熵合金（HEA）作为扩散中间层的真空扩散连接。通过SEM、EDS、XRD以及显微硬度测试,对焊接接头界面微观形貌及扩散产物进行表征。探究了不同工艺参数下焊接接头的扩散反应机理及力学性能,研究元素扩散对界面相形成的规律。调整工艺参数,选用三种不同的焊接温度对304SS/Cu和Ti/Cu进行直接扩散连接。焊接界面处各元素均发生明显的互扩散,304SS/Cu界面并未形成金属间化合物,但由于两者固溶度很小,接头易产生内应力导致其力学性能较差;而多种金属间化合物（如Cu Ti、Cu4Ti3和Cu4Ti）在Ti/Cu连接界面处形成,反应层厚度随焊接温度的升高逐渐增加,不同反应层之间呈锯齿状分布。采用真空扩散的方法,对Cu/HEA/304SS进行真空扩散连接。随着温度的升高,扩散界面处的孔洞和裂纹逐渐弥合,界面实现稳固连接;扩散界面处各元素均发生明显的互扩散,并形成了连续的浓度梯度。扩散层厚度随着保温时间的延长逐渐增加,元素的扩散也越来越充分。相同条件下,与连接温度相比,保温时间对接头界面微观形貌、元素扩散以及接头力学性能的影响并不明显。最终确定最为合理的工艺参数为:连接时间120min,连接温度为850℃,焊接压力为10MPa。采用真空扩散的方法,对Cu/HEA/Ti进行真空扩散连接。随着温度的升高,Cu/HEA界面的孔洞和裂纹逐渐弥合,界面实现稳固连接,各元素在界面处形成了连续的浓度梯度,而HEA/Ti界面处元素则扩散形成多个平台,形成多种金属间化合物（Cr2Ti、Mn2Ti和Ni3Ti）,并在Ti侧形成α+βTi魏氏体组织。反应层厚度随温度的升高逐渐增加,不同反应层之间呈锯齿状分布。保温时间越长,接头元素的扩散越充分,扩散层越厚。相同条件下,与连接温度相比,连接时间对接头界面微观形貌、元素扩散以及接头力学性能的影响并不明显。最终确定最为合理的工艺参数为:保温时间为90min,连接温度为900℃,焊接压力为10MPa。研究不同温度下焊接接头的元素分布,运用Matlab对能谱数据进行拟合,并利用Boltzmann-Matano法计算元素的平均扩散系数,进而求出元素扩散系数与温度的关系方程。焊接温度和保温时间是影响反应层厚度的主要因素,适当调节焊接温度和保温时间可获得性能较好的Cu/HEA/Ti焊接接头。计算预测相形成参数、、δ和VEC,发现参数对Cu/HEA扩散界面和HEA/304SS扩散界面的相预测较为准确,对判据进行修改,缩小固溶体的形成范围,修改后的判据可以更好地预测HEA/Ti焊接界面相的选择规律。
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