本文關(guān)鍵詞：陶瓷基復(fù)合材料液相擴(kuò)散焊技術(shù)研究

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【摘要】：Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料具有較高的紅硬性、耐磨性以及抗氧化性,是制作高速切削刀具的理想材料。但它脆韌性及耐沖擊性能較差,難以通過機(jī)械加工制成復(fù)雜零構(gòu)件,從而制約了它的推廣應(yīng)用。因此,實(shí)現(xiàn)Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料的可靠連接,在工程上有著一定的應(yīng)用價值。本課題分別采用Ti/Cu/Ti、Zr/Cu/Zr、Cu36Zr64對Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)行連接,并使用掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、萬能試驗(yàn)機(jī)等分析測試手段對接頭顯微組織、元素分布及斷口形貌等進(jìn)行分析,研究了不同中間層材料和工藝參數(shù)對接頭組織及力學(xué)性能的影響。對Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料采用Ti箔/Cu箔/Ti箔復(fù)合中間層進(jìn)行部分瞬間液相擴(kuò)散連接,研究發(fā)現(xiàn):在焊接溫度1050℃、保溫15min的工藝參數(shù)下得到最大的抗彎強(qiáng)度,為207MPa,接頭典型結(jié)構(gòu)為Ti(C,N)-Al2O3/Ti3Al+Ti Al+Ti Al3+Ti2Ni+Ti O/Cu Ti+Cu4Ti3+Cu Ti2+Cu基固溶體/Cu箔,不同的工藝參數(shù)下得到的界面相結(jié)構(gòu)也不同。接頭斷裂方式為陶瓷基體脆性斷裂,擴(kuò)散過渡區(qū)中形成的Ti Al3脆性化合物層顯著降低接頭的力學(xué)性能。Ti(C,N)-Al2O3/Zr/Cu/Zr/Ti(C,N)-Al2O3部分瞬間液相擴(kuò)散連接。結(jié)果表明,Zr元素對陶瓷基復(fù)合材料有良好的潤濕擴(kuò)散性能,從而使接頭形成擴(kuò)散過渡區(qū)與Zr富集區(qū)。保溫時間對連接接頭的組織形態(tài)及力學(xué)性能有較大的影響,保溫時間過短Zr向陶瓷內(nèi)的擴(kuò)散不充分,而過長的保溫時間又會使Zr、Cu在界面反應(yīng)生成大量脆性化合物,降低接頭強(qiáng)度。焊接溫度為1050℃,保溫15min時可以得到四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度最高、界面結(jié)合致密、組織均勻的焊接接頭。采用Cu36Zr64非晶釬料真空釬焊Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料,結(jié)果表明,Cu元素向陶瓷基復(fù)合材料內(nèi)的擴(kuò)散趨勢強(qiáng)烈,而Zr元素的活性受到抑制。在焊接溫度為1000℃,保溫15min,1MPa的工藝參數(shù)下獲得四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度最高的連接接頭,接頭界面組織結(jié)構(gòu)為Ti(C,N)-Al2O3/α-(Ti,Zr)+Cu2Ti Zr/Cu Zr2+(α-Zr)/Cu固溶體/Cu。接頭主要斷裂方式為混合型斷裂,較大的殘余應(yīng)力與Cu2Ti Zr、Cu Zr2在連接界面的大量富集成為斷裂的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：Ti(C N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料 部分瞬間液相擴(kuò)散焊 微觀組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TG453.9
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-24
• 1.1 課題的背景和意義13
• 1.2 Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用13-15
• 1.2.1 Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基復(fù)合材料性能特點(diǎn)13-14
• 1.2.2 Ti(C,N)陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用14-15
• 1.3 陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料連接技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3.1 釬焊15-16
• 1.3.2 固相擴(kuò)散焊16-17
• 1.3.3 自蔓延高溫合成焊接法17-18
• 1.3.4 脈沖電流熱壓焊接18-19
• 1.3.5 液相擴(kuò)散焊19-21
• 1.4 陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料接頭界面反應(yīng)及性能的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4.1 界面反應(yīng)21-22
• 1.4.2 接頭性能研究22-23
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容23-24
• 第2章 試驗(yàn)材料設(shè)備及方法24-32
• 2.1 試驗(yàn)材料24-25
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備及工藝25-27
• 2.2.1 釬料熔煉設(shè)備25
• 2.2.2 非晶箔帶制備工藝25-26
• 2.2.3 真空擴(kuò)散焊設(shè)備26-27
• 2.3 試驗(yàn)方法27-32
• 2.3.1 焊接材料的表面處理及裝配27-28
• 2.3.2 工藝參數(shù)的選擇28-30
• 2.3.3 接頭強(qiáng)度試驗(yàn)30
• 2.3.4 顯微組織和斷.分析試驗(yàn)30-32
• 第3章 采用Ti/Cu/Ti中間層部分瞬間液相擴(kuò)散連接陶瓷基復(fù)合材料32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 接頭微觀組織及元素分析32-34
• 3.3 工藝參數(shù)對接頭微觀組織的影響34-40
• 3.3.1 保溫時間對接頭微觀組織的影響34-37
• 3.3.2 焊接溫度對接頭微觀組織的影響37-40
• 3.4 焊接接頭的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)及斷裂方式分析40-43
• 3.4.1 四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)40-41
• 3.4.2 接頭斷裂機(jī)制研究41-43
• 3.5 Ti(C,N)-Al_2O_3/Ti/Cu擴(kuò)散連接界面反應(yīng)分析43-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第4章 Ti(C,N)-Al_2O_3/Zr/Cu/Zr/Ti(C,N)-Al_2O_3部分瞬間液相擴(kuò)散焊48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 界面微觀形貌及元素擴(kuò)散行為分析48-52
• 4.2.1 界面微觀形貌分析48-49
• 4.2.2 界面元素擴(kuò)散行為分析49-52
• 4.3 保溫時間對接頭組織及元素擴(kuò)散行為的影響52-54
• 4.4 四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度及斷裂機(jī)制的研究54-59
• 4.4.1 接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測試分析54-56
• 4.4.2 微觀斷.形貌與斷裂機(jī)制56-59
• 4.5 PTLP連接接頭形成過程59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-62
• 第5章 Cu_36Zr_64非晶釬料連接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基復(fù)合材料62-77
• 5.1 引言62
• 5.2 接頭界面組織形貌及元素擴(kuò)散分析62-66
• 5.2.1 界面微觀組織形貌62-64
• 5.2.2 接頭元素擴(kuò)散行為64-66
• 5.3 工藝參數(shù)對接頭組織的影響66-70
• 5.3.1 焊接溫度對接頭界面結(jié)構(gòu)的影響66-68
• 5.3.2 保溫時間對接頭界面組織的影響68-70
• 5.4 連接接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度及斷裂行為70-74
• 5.4.1 釬焊接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度分析70-71
• 5.4.2 接頭斷裂行為分析71-74
• 5.5 釬焊連接接頭的形成過程74-76
• 5.6 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：653009