C/C复合材料与TiB_w-TC4合金钎焊连接工艺及界面行为研究

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C/C复合材料以低密度、高强度、耐高温、耐烧蚀、抗冲刷等优点,在航空航天及汽车领域有着广泛的应用前景;TiBw-TC4是短纤维增强的TC4钛合金,具有密度小、耐高温、抗氧化和优异的综合性能等特性,两者连接可以实现优势互补。本文采用TiZrNiCu非晶态箔片和自制钎料Cu-Ni+(TiB2/SiC)实现了C/C复合材料与TiBw-TC4合金的成功连接,确定了接头的界面组织结构,分析了工艺参数对接头组织的影响;测试接头常温及高温力学性能,确定了接头断裂路径。采用TiZrNiCu钎料钎焊两种母材,确定T=1173K,t=10min时,界面结构: C/C复合材料/TiC+ZrC/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/[Ti(s.s)+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)]/TiBw-TC4合金。以抗剪切强度来评价C/C复合材料/TiZrNiCu/TiBW-TC4合金接头的力学性能,在T=1173K,t=10min时,接头抗剪强度最高达到13.6MPa;此时断裂主要在靠近C/C复合材料侧的TiC反应层。采用Cu-Ni+TiB2钎料,在T=1223K,t=10min时,界面结构为:C/C复合材料/TiC/Ti(Cu,Al)2/Ti2Cu+TiNi+TiCu+TiB/[Ti2(Cu,Ni)+Ti(s.s)]/TiBw-TC4合金。采用Cu-Ni+TiB2钎料,在T=1223K , t=10min时,界面结构为:C/C/TiC/Ti(Cu,Al)2/Ti2Cu+TiNi+TiCu+[Ti3SiC2+TiSi2]/[Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)]/TiBw-TC4合金。增强相颗粒TiB2和SiC的添加,抑制了金属间化合物的生长,细化了钎焊接头组织。以其抗剪切强度来评价C/C复合材料/Cu-Ni+(TiB2/SiC)/TiBw-TC4合金接头的力学性能,随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,接头的抗剪切强度呈现先增大后减少的趋势。在T=1223K,t=10min时,使用Cu-Ni+TiB2钎料时,室温最大抗剪切强度为18.5MPa,673K时为34.5MPa;使用Cu-Ni+SiC钎料时,室温最大抗剪切强度为22.5MPa,673K时为35.4MPa。室温下断裂在TiC/Ti(Cu,Al)2层,高温下断裂在Ti2Cu+TiNi+TiCu或Ti2Cu+Ti2Ni层。从热力学和界面形成过程两个方面,揭示使用TiZrNiCu和Cu-Ni+(TiB2/SiC)两种钎料时,钎焊接头的界面连接机理。
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