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 C/C復(fù)合材料與TiAl合金的焊接

     TiAl合金因其低密度、高比強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能好，在飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件等部位的應(yīng)用取得了優(yōu)異的效果。使用包含50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)的C/C復(fù)合材料的C/C-TiAl連接材料能節(jié)省27%的質(zhì)量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。C/C復(fù)合材料與TiAl合金的連接可提高高溫構(gòu)件的工作溫度，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

     曹健等人利用自蔓延連接的方法對(duì)C/C復(fù)合材料和TiAl合金(Ti-46Al-2Cr-2Nb，原子分?jǐn)?shù)，%)進(jìn)行連接，采用Ag-Cu-Ti釬料(Ag-26.4Cu-4.5Ti，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)與Ti-Al-C夾層。在連接過(guò)程中，將近8 s時(shí)工件中心峰值溫度達(dá)到1 943 ℃，靠近Ti-Al-C夾層附近溫度在近20 s時(shí)也達(dá)到1 644 ℃，遠(yuǎn)高于Ag-Cu-Ti釬料的熔點(diǎn)。改變Ti-Al-C夾層的厚度發(fā)現(xiàn)試樣的抗剪切強(qiáng)度隨夾層厚度增加先提高后降低，在夾層厚度為500 μm時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)工件的剪切強(qiáng)度為17.6 MPa，通過(guò)金相觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn)靠近C/C復(fù)合材料側(cè)有大量TiC化合物，靠近TiAl合金側(cè)則含有大量Ti-Al-Cu，中間夾層附近則以TiAl3和TiC居多。

    王厚勤等人使用Ag-Cu-Ti釬料釬焊C/C復(fù)合材料與TiAl合金。使用的TiAl合金為Ti-46Al-2Cr-2Nb，釬料為Ag-26.7Cu-4.6Ti(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)，箔狀，厚度為50 μm。試驗(yàn)前用針在C/C復(fù)合材料表面刺出一些直徑為0.8 mm、深度為1～3 mm的小孔。試驗(yàn)證明,Ag和Ti之間的互斥對(duì)接頭的微觀組織有明顯的影響，釬焊溫度1 193 K，保溫10 min時(shí)，得到的接頭典型結(jié)構(gòu)為TiAl/Ti3Al+AlCuTi/AlCu2Ti/Ag(s.s)/TiC/CC。當(dāng)連接溫度低于1 213 K時(shí)，接頭處出現(xiàn)了銀基固溶體的等溫線凝固，此時(shí)在界面處出現(xiàn)層結(jié)構(gòu)，等溫線凝固有助于降低Ti在C/C復(fù)合材料表面的聚集；層結(jié)構(gòu)在連接溫度達(dá)到1 213 K時(shí)被破壞，這會(huì)降低接頭的強(qiáng)度。C/C表面被刺破的小孔導(dǎo)致的滲透層可顯著強(qiáng)化接頭，提高接頭的抗沖擊能力。

     目前國(guó)內(nèi)展開(kāi)了一些C/C復(fù)合材料與TiAl合金的焊接研究。自蔓延連接能用于C/C復(fù)合材料與TiAl合金的焊接，焊接時(shí)為保證接頭的抗剪切強(qiáng)度需要合理控制中間層的厚度。C/C復(fù)合材料與TiAl合金釬焊時(shí)可通過(guò)對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行表面打孔處理提高釬焊接頭的強(qiáng)度。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://hfmwm.cn