ZSC復(fù)合材料與GH99鎳基高溫合金釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、ZSC復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率以及優(yōu)良的高溫抗氧化性,實(shí)現(xiàn)其和GH99鎳基高溫合金的連接可應(yīng)用于鼻錐、機(jī)翼前緣等空間飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)。但是,ZSC與GH99在釬焊過(guò)程中可相互作用發(fā)生劇烈的溶解反應(yīng),惡化接頭組織和力學(xué)性能。本文從界面反應(yīng)控制的角度制備了NiCrNb釬料和HEA-0.8Ti高熵體系釬料。研究了釬焊工藝參數(shù)對(duì)接頭界面組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律,優(yōu)化了連接工藝;揭示了界面反應(yīng)控制的熱力學(xué)條件。針對(duì)ZSC與GH

2、99熱膨脹系數(shù)差異大的問(wèn)題設(shè)計(jì)了網(wǎng)狀復(fù)合中間層結(jié)構(gòu)緩解接頭殘余應(yīng)力。
　　元素Ni與ZSC復(fù)合材料的界面溶解—反應(yīng)會(huì)使復(fù)合材料母材發(fā)生一定的金屬化轉(zhuǎn)變,并在釬縫組織中生成大量脆性硼化物和硅化物,削弱接頭性能。Ti、Cr等活性元素與ZSC復(fù)合材料的有效界面反應(yīng)可以從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上對(duì)該溶解反應(yīng)進(jìn)行抑制。使用NiCrNb釬料作中間層,在1190℃,保溫20min的工藝參數(shù)下, Ni與ZSC復(fù)合材料的界面溶解—反應(yīng)被有效抑制,接頭抗剪強(qiáng)

3、度最高為48MPa。但NiCrNb釬料釬焊接頭組織和力學(xué)性能受工藝參數(shù)變化的影響較大,連接質(zhì)量不穩(wěn)定。
　　采用電弧熔煉的方法制備FeCoNiCuCr五元高熵合金,并與Ti箔復(fù)合成HEA-0.8Ti復(fù)合箔片高熵釬料,釬料熔點(diǎn)為1120℃。采用HEA-0.8Ti復(fù)合箔片高熵釬料釬焊ZSC與GH99,接頭典型界面結(jié)構(gòu)為:ZSC/TiB/CrB+Cr B+Cr B253/FCC+TiC/FCC/GH99。高熵合金所具有的高熵效應(yīng)和延遲擴(kuò)

4、散效應(yīng),使接頭組織性能在較寬的工藝范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。在1180℃,保溫60min時(shí)所得接頭室溫和800℃高溫抗剪強(qiáng)度最高,分別可達(dá)71MPa和48MPa。
　　設(shè)計(jì)網(wǎng)狀復(fù)合中間層結(jié)構(gòu)緩解接頭殘余熱應(yīng)力,通過(guò)改變金屬網(wǎng)種類(lèi)以及孔隙填充相成分實(shí)現(xiàn)中間層線膨脹系數(shù)和彈塑性變形能力的良好匹配以及釬焊連接面積的預(yù)置可控。采用Nb網(wǎng),Ni網(wǎng)+W,Ni網(wǎng)+YO23三種類(lèi)型的網(wǎng)狀復(fù)合中間層結(jié)構(gòu)釬焊ZSC和GH99,所得接頭抗剪強(qiáng)度分別可達(dá)80MPa