發(fā)布時(shí)間：2017-12-19 18:37

  本文關(guān)鍵詞：SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的釬焊工藝及機(jī)理研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：SiBCN陶瓷是一種新型的耐高溫結(jié)構(gòu)材料,具有優(yōu)異的抗氧化,抗疲勞性能。其與TC4鈦合金的可靠連接可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中的結(jié)構(gòu)部件,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。SiBCN陶瓷與TC4鈦合金釬焊時(shí),異種材料之間顯著的物化性質(zhì)差異易在釬焊接頭中形成過(guò)大的殘余應(yīng)力,影響接頭力學(xué)性能。本文從調(diào)節(jié)接頭熱膨脹系數(shù)角度出發(fā),采用激光熔覆方法在TC4鈦合金基體上設(shè)計(jì)制備陶瓷相體積分?jǐn)?shù)梯度熔覆層,并將其作為中間層,實(shí)現(xiàn)SiBCN陶瓷與TC4鈦合金之間的高質(zhì)量釬焊。采用送粉式激光熔覆方法,在TC4鈦合金表面首先制備TiB2熔覆層,繼而在其上二次熔覆制備SiC熔覆層。探究激光功率、掃描速度及送粉速度對(duì)于首層TiB2熔覆層及次層SiC熔覆層的宏觀形貌及顆粒分布的影響規(guī)律。研究表明,激光功率及激光掃描速度通過(guò)改變線能量一方面,控制熔池的熔深和熔寬,決定激光熔覆層的寬度、厚度及宏觀形貌;另一方面,控制熔池的溫度場(chǎng),進(jìn)而控制熔池內(nèi)界面反應(yīng)程度及反應(yīng)物的消耗,影響顆粒分布。送粉速度通過(guò)陶瓷顆粒的送入量與線能量的匹配,改變?nèi)鄢貎?nèi)顆粒含量及反應(yīng)程度,影響熔覆層宏觀形貌及顆粒分布情況。最優(yōu)工藝下制備的激光熔覆層內(nèi)陶瓷相體積分?jǐn)?shù)梯度過(guò)渡,熔覆層表面平整,內(nèi)部界面連續(xù)無(wú)明顯缺陷,熔覆層顯微硬度較TC4基體增大70%以上。實(shí)現(xiàn)激光熔覆法制備梯度熔覆層后,將其作為釬焊中間層,配合AgCuTi釬料實(shí)現(xiàn)了SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的可靠連接。接頭典型界面結(jié)構(gòu)為:SiBCN/TiC+TiB/TiN/Ti_5Si_3/Ag(s,s)+Cu(s,s)+Cu_2Ti/CuxTiy+Ti_5Si_3/CuxTiy+TimSin+TiC+SiC/TC4+Ti C+SiC+Ti_5Si_3/TC4+TiB_2/TC4+TiB/TC4。研究了釬焊溫度及保溫時(shí)間對(duì)界面組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明,釬焊溫度及保溫時(shí)間通過(guò)改變?cè)訑U(kuò)散及界面反應(yīng)程度,影響接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能。當(dāng)釬焊溫度為850℃,保溫時(shí)間為5min時(shí),接頭達(dá)到最大抗剪強(qiáng)度38MPa,比無(wú)梯度中間層直接釬焊時(shí)強(qiáng)度提升5倍。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算闡明界面演化機(jī)制大致包括溶解擴(kuò)散,兩側(cè)界面反應(yīng),擴(kuò)散原子反應(yīng)與組織均勻化,冷卻凝固四個(gè)階段。利用現(xiàn)有模型對(duì)接頭殘余應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行理論計(jì)算,發(fā)現(xiàn)梯度中間層的引入實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力的逐層緩解,陶瓷側(cè)應(yīng)力峰值降低,接頭斷裂形式由沿陶瓷母材弓形斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樽蕴沾蛇吘壪蜮F縫的復(fù)合型斷裂。通過(guò)有限元模擬方法,進(jìn)一步探究殘余應(yīng)力分布情況,驗(yàn)證中間層對(duì)殘余應(yīng)力對(duì)陶瓷側(cè)應(yīng)力峰值的逐層緩解作用,從而實(shí)現(xiàn)了接頭強(qiáng)化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG454
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本文編號(hào)：1309023