本论文对TC系钛合金和锡青铜进行了直接扩散连接以及分别添加Cu箔和Ni箔作为中间层的扩散连接试验。焊后通过显微硬度测试、剪切强度试验评估接头力学性能,并利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪对接头显微组织、界面反应生成物以及断裂类型进行了系统的研究分析,并对扩机理进行了阐述。直接扩散连接时,接头生成的金属间化合物主要包括CuTi₂、CuTi、CuSn₃Ti₅和Cu₆Sn₅。由于母材中的Sn原子在连接过程中向焊缝扩散聚集,从而导致在靠近接头扩散区的母材形成了一层16μm厚的“贫Sn区”。两种母材线膨胀系数差距大,扩散层在冷却过程中易产生裂纹,增大扩散焊压力可以减少裂纹的数量但无法完全消除。连接参数为850℃、30分钟、5MPa时,接头剪切强度达到最大值52MPa。剪切断口断裂形式为典型的脆性断裂。铜作中间层可以改善接头界面结合,减少了金属间化合物的种类与数量,可以小幅提高接头剪切强度。Cu箔和钛合金一侧扩散层产生的主要金属间化合物包括CuTi₂,CuTi和Cu₄Ti₃,Cu箔和锡青铜一侧主要为同种元素扩散,有少量Cu₆Sn₅产生。连接参数为850℃、30分钟、5MPa时,接头剪切强度达到最大值59MPa。1MPa时断裂发生在Cu箔与锡青铜一侧,5MPa时断裂发生在Cu箔和钛合金一侧。剪切断口断裂形式为典型的脆性断裂。镍作中间层不但减少了金属间化合物的种类与数量,同时缓解了冷却过程中的残余应力,避免了裂纹的产生,可以大幅提高接头剪切强度,Ni箔和钛合金一侧扩散层产生的主要金属间化合物包括Ni₃Ti,NiTi和NiTi₂,Ni箔和锡青铜一侧原始界面已完全消失,产生富集Sn元素的Cu-Ni固溶体和少量柯肯达尔孔洞。连接压力对连接接头强度有着重要影响,连接参数为850℃、30分钟、5MPa时,剪切强度最大值为107MPa。5MPa连接压力下剪切断口的断裂形式为混合断裂,断裂发生在Ni箔和Ni₃Ti金属间化合物界面处。保温时间对Ni作中间层的连接接头显微组织和剪切强度有着重要影响,在850℃、5MPa条件下,保温时间15分钟时,接头强度为82MPa,仅有Ni₃Ti和NiTi₂生成;30分钟时,接头强度达到最大值107MPa,第三种金属间化合物NiTi开始形成,随着保温时间继续增加,Ti/Ni扩散层厚度不断长大,接头剪切强度略有下降。连接接头界面处反应层生成物由热力学与动力学因素共同决定,Cu-Ti固相扩散体系中,Cu原子率先打破晶格束缚固溶于Ti原子,随着Cu原子在Ti原子中过饱和固溶后,形成金属间化合物的顺序为:CuTi₂,Cu₄Ti₃,CuTi,最终形成三层金属间化合物扩散层。Ni-Ti固相扩散体系中,Ni原子率先打破晶格束缚固溶于Ti原子,随着Ni原子在Ti原子中过饱和固溶后,形成金属间化合物的顺序为:Ni₃Ti,NiTi₂,NiTi,最终形成三层金属间化合物扩散层。