Al2O3TiC复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头组织分析

Al2O3TiC复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头组织分析 摘要：采用金相显微镜、扫描电镜和电子探针，观察了al20，一tic复合陶瓷与crl8-m8不锈钢扩散钎焊接头的组织形貌，分析了元素在 接头中的分布情况和界面附近区域元素的扩散情况。试验结果表明，ticu_ti中间层与陶瓷具有良好的反应能力，促进元素的相互扩 散。al20，_tic复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头形成3个扩散反应层，其中一个位于crl8-ni8不锈钢侧，厚度约为175 m，成分主要是 fe在b_ti中的圉溶体，feti化合物和tic；靠近陶瓷侧的反应层厚度约为75岬，成分主要是tic，tio和tiai； 中间反应层厚度约为 5 m，成分主要是cu圉溶体和cuti相。 关键词：al203tic复合陶瓷；不锈钢；扩散钎焊；ticuti ：tg4539：tg454 ：b al20，一tic复合陶瓷具有优异的高温强度、耐腐蚀及耐磨 性能，在机械、汽车、电子、航空航天等领域有广泛的应用前 景。由于陶瓷与金属在化学键类型、微观结构、物理性质和 力学性能等方面存在较大的差异采用常规的方法是很难将其 连接在一起并满足使用要求的r。目前，活性金属钎焊和固相 扩散焊技术较成熟连接强度高，可重复性好，是实现陶瓷与 金属连接的有效途径。 固相扩散连接中界面的结合是靠界面塑性变形实现的， 其连接温度较高 由于2种材料线膨胀系数和弹性模量不匹 配，易在界面附近产生高的残余应力，很难实现陶瓷与金属 的直接扩散连接 2 。因此在进行陶瓷金属连接时。一般都 采用在陶瓷和金属之间插入中间层金属的间接固相扩散连接 方法。采用中间层的主要目的是减缓因陶瓷与金属的线膨胀 差异而引起的热应力? 同时也可起到抑制或改变界面生成 物的作用： 中间层材料选择是复合陶瓷与钢扩散钎焊连接的 关键问题。 试验采用箔片状ticuti作为中间层。ti元素为强活性元 素，对复合陶瓷有良好的润湿性；cu为较好的缓冲层材料 能起到降低接头残余应力的作用。本文采用扩散钎焊工艺对 a1 o3-tic复合陶瓷与crl8一ni8钢进行连接，利用金相显微镜、 扫描电镜和电子探针观察钎焊接头组织形貌，分析元素在接头 区域的分布情况和界面附近区域元素扩散分布情况。通过对 a1 o3一tic复合陶瓷与crl8一ni8钢的成功连接，并结合试验分 析，对于深入研究用常规方法不易焊接时陶瓷与金属的连接有 重要意义。 收稿13期：20xx0220：修回13期：20xx0814 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50375088) 1 试验方法 试验所采用的陶瓷是在氧化铝中加入碳化钛而得到的复合 陶瓷，其基体为氧化铝，呈白色。a1 o3一tic复合陶瓷的物理 性能见表1。不锈钢采用crl8一ni8型奥氏体不锈钢厚度为15 mm，不锈钢的化学成分和物理性能见表2。中间过渡层材料采 用箔片状ticuti复合层，厚度为30 m。 表1 al rc复合陶瓷的物理性能 组成 密度 抗弯强度 维氏硬度 断裂韧性值 线膨胀系数 (质量分数)() o(g-cin-3) ，mpa hv x (mva-m ) k 表2 crl8一nj8不锈钢的化学成分(质量分数) ()及物理性能 c cr ni 平均比热容 热导率 线膨胀 (gcm-3) ，j(kgk) ，w(mk) 系数k 熔点 密度 ， 焊前将复合陶瓷与不锈钢表面进行打磨、擦洗后按陶 瓷中问层不锈钢的顺序安装好，然后将试样放人扩散焊设备 中进行真空扩散钎焊。工艺参数为：加热温度1 100 1 150 oc； 压力1020 mpa；保温时iq4070 min；保护气体为氮气。采用 金刚石刀片切割扩散焊试样， 获得试验所用试样， 尺寸为 10mmx7mmxl0mm。然后将试样磨制、抛光，用王水(hc1)：