【正文】 江蘇科技大學 畢業(yè)設計（論文） 加中間層鈦合金與石墨接觸反應焊工藝研究 系 部： 機械 與 材料 工程 專業(yè)名稱： 材料成型及控制工程 二零一二 年 六 月 江蘇科技大學本科畢業(yè)論文 加中間層鈦合金與石墨接觸反應焊工藝研究 Study of contact reaction welding process between titanium and graphite with the interlayer of alloy江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 本 課題研究的是石墨 和 TC4 合金 的真空釬焊工藝，觀察并且分析了 釬焊溫度分別為 980℃、 1000℃在不同中間層及 不同的保溫時間下的焊縫區(qū)域的微觀組織和接頭區(qū)域成分 。借助于掃描電鏡和能譜分析等分析測試手段，分析了接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)。通過分析各元素的含量分布，及在不同加熱溫度和不同保溫時間的元素分布曲線，我們知道接頭成分為 Ti/C 化合物、 Ti/Ni 化合物、游離態(tài)石墨、（ α+β）鈦合金。 結(jié)果表明： (1)在其他工藝參數(shù)不變的情況下， 加熱溫度越高，試樣的擴散層越大，焊縫則越窄。 (2)在其他工藝參數(shù)不 變的情況下， 保溫時間越 短 ，擴散層就越大。 最終確定 石墨 /TC4 合金 的 接觸反應焊接合適的 焊接工藝參數(shù) 為：當中間層是 Ni箔時， 加熱溫度 980℃ ，保溫時間 3min；當中間層是 Cu/Ni 箔時，加熱溫 度 980℃ ，保溫時間 。 關(guān)鍵詞： 石墨 ； TC4；接觸反應焊； 界面組織 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） II Abstract Research on this subject is graphite and TC4 alloy vacuum brazing technology,it mainly takes stock of the microstructure and the position of the tiein on 980℃ ,1000℃ with different heat preservation. he microstructure of the joints is analyzed by scanning electronic microscopy (SEM) equipped with energy disperse spectrum (EDS). The attachment ingredient is the Ti/C pound, Ti/Ni pound, the free state graphite, (α+β) the titanium alloy. The result showed that: with the other parameter no changing, the width of the welding line will reduce with the heat preservation increasing。 the thickness of the diffusion will increase with the heat preservation increasing。 selecting the welding temperature should be in accordance with the liquid line. Ultimately the graphite/contact reaction of TC4 alloy welding suitable welding parameters as follows: When the middle layer of Ni foil, the heating temperature of 980℃ , holding time of 3min。 when the middle layer of Cu/Ni foil, heating temperature of 980℃ insulation time . Keywords: graphite。 TC4 alloy。 Contact reaction welding。 interface microstructure 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） III 目 錄 第 1 章 緒論 .........................................1 接觸反應焊的意義 ................................................. 1 石墨的材料特性 ................................................... 1 石墨的應用及用途 .............................................. 2 鈦合金的特性 ..................................................... 4 TC4 的特點 .................................................... 5 連接石墨與異種材料方法選擇 ....................................... 6 使用真空釬焊的原因 ............................................... 8 真空 釬 焊原理 .................................................. 8 真空 釬 焊的優(yōu)缺點 .............................................. 9 石墨與鈦合金的 釬 焊技術(shù)研 究 ...................................... 11 石墨和 TC4 合金接觸反應的目的及意義 .............................. 11 本課題研究內(nèi)容 .................................................. 11 第 2 章 實驗材料、設備和方法 ..........................12 實驗材料 ........................................................ 12 實驗設備 ........................................................ 12 觀察及分析設備 ............................................... 13 實驗過程 ........................................................ 14 試樣處理 ..................................................... 14 金相試樣制備 ................................................. 15 真空 釬 焊工藝參數(shù)的選擇 ....................................... 16 第 3 章 實驗結(jié)果與分析 ...............................19 石墨和 TC4 合金 接觸反應機理 ....................................... 19 接觸反應焊焊接接頭的元素分析 ..................................... 20 工藝參數(shù) 對擴散層厚度的影響 ....................................... 22 溫度 對擴散 層厚度的影響 ....................................... 22 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） IV 保溫時間 對擴散層厚度的影響 ................................... 23 結(jié) 論 ...........................................25 致 謝 .............................................26 參 考 文 獻 ........................................27 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 第 1章 緒論 接觸反應焊的意義 接觸反應釬焊是利用某些異種金屬能形成共晶的特點，在界面接觸反應良好且加熱至高 于共晶溫度的條件下，依靠金屬原子間的互擴散在界面處形成共晶反應液態(tài)金屬層，隨后冷凝結(jié)晶，從而把金屬連接起來的方法。 歸結(jié)而言：接觸反應釬焊是一種依靠材料間的共晶反應所產(chǎn)生的液相合金來實現(xiàn)連接的“自釬料”釬焊技術(shù) 。 石墨的材料特性 石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為 人，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為 。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。 石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬 度為 1～ 2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至 3～ 5。比重為 ～ 。在隔絕氧氣條件下，其熔點在 3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。 自然界純石墨很少，常含有 SiO Al2O FeO、 MgO、 CaO、 P2O CuO、 H2O、瀝青及粘土等雜質(zhì)，可多達 10～ 20%。石墨是由碳原子組成的六方網(wǎng)層。根據(jù)層的疊置層序和重復周期分為兩種類型： ABAB 兩層一個重復周期的 2H 型， a0=，c0= nm； Z=4； ABCABC 三層一個重復周期的 3R 型， a0=， c0=，Z=6。層內(nèi)原子間距 ，層間距 。層內(nèi)原子作六方環(huán)狀排列，碳原子為三配位，碳原子的外層構(gòu)型為 S2P2，雜化作 SP2。每個碳原子以一個 S 電子和兩個 P 電子與其周圍的三個碳原子形成共價鍵，而另一個具有活動性的 P 電子則形成離域大 π 鍵，從而使晶體具有一定的金屬性。層內(nèi)極強的結(jié)合、層間巨大的間距及弱鍵構(gòu)成了石墨結(jié)構(gòu)的主要特點，并決定了石墨的特殊性能 [1]。 耐高溫性，石墨是碳的高溫變體，是目前已知的最耐高溫的材料之一，熔點高達3850℃ ， 4500℃ 才氣化。 2500℃ 時石墨的強度反而比 室溫時提高一倍 [2]。 導電、導熱性能，電導率約為一般非金屬的 100 倍，碳素鋼的 2 倍，鋁的 3~倍。若將石墨定向排列，加溫、加壓制成定向石墨，其順向?qū)щ娦约s為反向?qū)щ娦缘?000 倍，故可制成各種半導體材料和高溫導電材料。石墨的導熱性能超過鋼、鐵、江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 鋁，且具有異常導熱性，即導熱率隨溫度的升高而降低，在極高的溫度下則趨于絕熱。 化學穩(wěn)定性，常溫下具良好的化學穩(wěn)定性，不受任何強酸、強堿和有機溶劑的腐蝕。但在氧化劑（如高氯酸 HClO4）作用下能被氧化。在空氣 500℃ 開始氧化， 700℃時水蒸氣可對其產(chǎn)生侵蝕， 900℃ 時 CO2也能對其產(chǎn)生侵蝕作用。石墨的熱穩(wěn)定性良好，膨脹系數(shù)小