夹Ti合金层激光焊接高比分SiCp/2024铝基复合材料

摘要

高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料由于具有比铝合金和钛合金高出一倍的比刚度，低热胀系数以及尺寸稳定性，已经被广泛应用在航空、航天、电子封装等领域。但随着复合材料中增强相体积分数的增加，材料的可焊接性下降，传统焊接方法很容易产生裂纹等缺陷，而且会导致增强相与基体反应，形成针状Al4C3，很难形成高强度的接头，
　　本文针对上述问题，采用Ti-6Al-4V材料作为中间添加层材料，以激光作为热源，利用Ti与母材中的增强相颗粒之间发生的原位反应，实现了高体积分数（45％）SiCP/2024铝基复合材料的焊接，并对焊缝接头的强度与断裂行为进行了测试分析，深入研究了焊缝的物相结构与熔池结晶行为。
　　选择不同厚度的（0.3~1.0mm）的Ti-6Al-4V箔作为中间层，试验研究了激光能量与中间层厚度对焊缝成形与界面组织形态的影响规律。试验结果显示采用较薄的Ti-6Al-4V箔（d≤0.3mm）作为中间层，焊缝组织不存在界面反应层，接头断裂在焊缝中心，具有较高的抗拉强度，获得最大的抗拉强度为125.6MPa，达到了母材的50%。采用较厚的Ti-6Al-4V箔（d≥0.5mm）作为中间层时，焊缝与母材之间形成明显界面反应层，拉伸试验中，接头均断裂在界面处，拉伸强度较低。
　　通过SEM电子显微镜、EDS能谱分析及XRD电子衍射确定了焊缝组织中各物相的组成，主要为Ti5Si3、AlTi3和TiC三种物相，其结晶顺序为TiC→Ti5Si3→AlTi3，并重点研究了原位反应生成的TiC的生长过程。

目录

夹Ti合金层激光焊接高比分SiCp/2024铝基复合材料

STUDY ON WELDING PROCESS AND INTERFACE OF LASER WELDING HIGH VOLUME FRACTION SiCP/2024Al MMC WITH Ti FILLER

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2研究目的与意义

1.3 SiC颗粒增强复合材料焊接的研究现状

1.3.1 SiC颗粒增强的复合材料熔化焊接

1.3.2 铝基复合材料添加中间层熔化焊接

1.3.3 真空扩散焊

1.3.4超声钎焊

1.4 合金与SiC陶瓷的反应机理研究现状

1.5 主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验材料

2.1.1 母材

2.1.2 填充材料的选取

2.2 试验设备及试验方法

试验设备

试验方法

焊前准备

2.3 性能检测与微观组织

力学性能

微观组织分析

第3章 焊接特性与界面形态

3.1 引言

工艺特性

焊缝外观成形

焊缝界面形态

3.1.1 接头强度与断裂行为

Ti合金中间层厚度对强度的影响

激光功率的影响

断裂行为分析

3.3 本章小结

第4章 接头微观组织结构与反应机理

4.1 引言

焊4.2 缝接头微观组织

4.2.1 接头元素分布特征

4.2.2 接头 微观组织基本特征

4.2.3 接头组织物相结构分析

4.3 界面反应机理与结晶行为

添加Ti元素原位反应机理

焊缝接头宏观形貌

熔池结晶行为

TiC的形核与生长机制

4.4 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢