改进型Ni基急冷钎料钎焊W-Cu复合材料和不锈钢的研究

摘要

W-Cu复合材料作为一种新型材料，具有优异的综合性能，在高新技术产业中，作为高温材料得到广泛应用。为进一步开拓其应用领域，将W-Cu复合材料与不锈钢连接成复合件。Ni基钎料作为高温填充材料，具有良好的高温性能，可有效的提高复合件的综合性能。因而本课题在理论研究的基础上，利用改进型Ni基急冷钎料来实现W-Cu复合材料与1Cr18Ni9不锈钢的钎焊连接。
　　本课题采用三种不同成分Ti的改进型NiCrSiBFe-Ti急冷钎料和三种不同成分Zr的改进型NiMnSiCu-Zr急冷钎料对W-Cu/1Cr18Ni9不锈钢进行真空钎焊连接；通过对钎料的合金成分、熔化特征、微观组织以及对W-Cu和不锈钢的润湿性进行研究；编制合理的钎焊工艺，分析钎缝区显微组织、元素分布和物相组成，接头剪切强度和断裂特征。揭示改进型Ni基急冷钎料实现W-Cu复合材料与不锈钢的连接机理。
　　改进型NiCrSiBFe-Ti急冷钎料中添加适量的Ti可细化晶粒，抑制脆性化合物的形成，促进钎料对W-Cu复合材料和不锈钢的润湿性；钎料合金以?-Ni固溶体相为主，钎焊接头主要由?-Ni(Cu，Fe)、少量的硼化物和Ni3Si组成。Ti向W-Cu侧偏聚促进了Si、B元素向W-Cu中溶解与扩散；随着Ti含量的提升，W-Cu侧絮状组织层增厚。Ti含量为1.6％的改进型Ni基急冷钎料熔化区间为974℃~1023℃，在1040℃时表现出较优的润湿性，钎缝中脆性组织CrB最少，Cr2Ti析出作为强化相，促进固溶冶金反应，接头剪切强度最高，达到385MPa，断口出现较多的撕裂韧窝带、碎岩块以及错综复杂的解理平台；从脆性共晶相处开裂。断裂位于W-Cu侧钎缝区，以脆性断裂为主。
　　改进型NiMnSiCu-Zr急冷钎料，活性元素Zr的添加，促进了Mn、Si、Ni与W-Cu复合材料的扩散与溶解，提高了钎料的溶解度以及与W-Cu复合材料的互溶性，促进了固溶冶金反应。Zr为0.8%时，钎料熔化范围为1004℃~1028℃，熔化区间最窄，以?-Ni固溶体和MnNi3相为主；在1020℃时，表现出较优的冶金性能，钎缝以?-Ni(Cu，Fe)和Cu(Mn)固溶体为主，以及少量的硅锰化合物、Ni7Zr2和FeZr2。随着Zr含量的增加，接头界面花纹状层增厚，提升了接头结合强度。在剪切应力的作用下，0.8%Zr断口呈小岩块镶嵌花样，脆性化合物相对较低，接头强度最高达到274MPa，断裂位于W-Cu侧钎缝区的脆性共晶相处，表现出脆性断裂特征。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 W-Cu复合材料

1.3 W-Cu复合材料的连接技术

1.4 Ni基钎料

1.5 研究内容与意义

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 钎料润湿性试验

2.4 钎焊连接试验

2.5 试样制备

2.6 性能测试

第3章 改进型Ni基急冷钎料的设计、制备及性能

3.1 前言

3.2 改进型Ni基钎料合金成分设计

3.3 改进型Ni基急冷钎料的制备

3.4 改进型Ni基急冷钎料的熔化特性

3.5 改进型Ni基钎料的微观组织

3.6 改进型Ni基急冷钎料的润湿性特征

3.7 本章小结

第4章 改进型Ni基急冷钎料钎焊W-Cu/18-8钢接头的显微特征

4.1 前言

4.2 显微组织特征

4.3 元素扩散特征

4.4 钎缝物相构成

4.5 本章小结

第5章 改进型Ni基急冷钎料钎焊W-Cu/18-8钢的强度及断裂特征

5.1 前言

5.2 剪切强度试验

5.3断口形貌特征

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢