论文部分内容阅读
钛合金具有高比强度、断裂韧性、优良的耐腐蚀性能等特征。铜也具有优良的导电导热、耐腐蚀、韧性和较高的强度，钛合金和铜的焊接将普遍应用于航空、核能、电子及化学领域，因此钛合金和铜的扩散焊接研究具有现实意义。本文添加Ag中间层对Ti-6Al-4V钛合金(TC4)和无氧铜(OFC)进行真空扩散焊接，Ag中间层的添加方式为两种：一是以Ag箔的形式添加，二是以磁控溅射银膜的形式添加。在不同的焊接温度和保温时间下进行焊接实验，研究焊接工艺参数对焊接接头微观结构和力学性能的影响。利用FESEM、EDS和TEM分析焊接接头的微观结构，利用力学性能测试表征焊接接头的拉伸强度，利用FESEM、EDS和XRD检测拉伸断口的形貌和物相组成。Ag箔中间层的添加阻止了Cu-Ti化合物的生成，在TC4/Ag foil界面生成了AgTi化合物，而在Ag foil/OFC界面生成了Ag-Cu固溶体。TC4/Ag foil/OFC焊接接头的拉伸强度随着焊接温度或保温时间的增加先上升后下降。当焊接温度为700°C，保温时间为2.0h，以及压力为10MPa时，焊接接头的拉伸强度达到最大值为161.9MPa；此时，焊接接头的拉伸破坏方式为韧性断裂，断裂处为Ag foil/OFC界面。当焊接温度为800°C时，焊接接头的断裂呈脆性，这是因为焊接温度过高，基体元素相互扩散形成CuTi、Cu3Ti2等金属间化合物。本文对Ti/Ag foil/OFC焊接接头也进行了对比研究，与Ti/Ag foil/OFC焊接接头进行比较，TC4/Ag foil界面的化合物层厚度较薄。因此，TC4中的合金元素Al和V抑制了Ti与Ag的相互扩散。Ag膜的添加进一步降低了焊接温度，但维持了较高的焊接强度。在TC4/Agfilm界面观察到了Cu2Ti (ss,Ag)和Cu4Ti3(ss,Ag)金属间化合物。Ag film/OFC界面无化合物产生，而是形成了Ag-Cu固溶体。TC4/Ag foil/OFC焊接接头的拉伸强度随着焊接温度或保温时间的增加先上升后下降。当焊接温度低至550°C，保温时间为1.5h，以及压力为10MPa时，焊接接头的拉伸强度取得最大值为150.7MPa。此时，焊接接头的拉伸断裂发生在Ag film/OFC界面。当焊接温度或保温时间继续增大，拉伸断口转移到TC4/Ag film界面，这是由于此界面的Cu2Ti (ss,Ag)和Cu4Ti3(ss,Ag)金属间化合物长大，降低了焊接接头的韧性。与添加Ag箔中间层相比，Ag膜结构较为疏松，OFC侧的Cu原子通过Ag膜扩散进入TC4侧，并与Ti发生反应。TC4/Ag foil界面为AgTi化合物，而TC4/Agfilm界面为Cu4Ti3和Cu2Ti化合物，并且焊接温度更低。当焊接接头各自取得最大强度时，断裂均发生在Ag/OFC界面，呈韧性断裂。