【正文】 墨接觸反應(yīng)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)間下的焊縫區(qū)域的微觀組織和接頭區(qū)域成分 。 (2)在其他工藝參數(shù)不 變的情況下， 保溫時(shí)間越 短 ，擴(kuò)散層就越大。 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。 interface microstructure 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第 1 章 緒論 .........................................1 接觸反應(yīng)焊的意義 ................................................. 1 石墨的材料特性 ................................................... 1 石墨的應(yīng)用及用途 .............................................. 2 鈦合金的特性 ..................................................... 4 TC4 的特點(diǎn) .................................................... 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(diǎn) .............................................. 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(yīng)的目的及意義 .............................. 11 本課題研究?jī)?nèi)容 .................................................. 11 第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備和方法 ..........................12 實(shí)驗(yàn)材料 ........................................................ 12 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ........................................................ 12 觀察及分析設(shè)備 ............................................... 13 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 ...............................19 石墨和 TC4 合金 接觸反應(yīng)機(jī)理 ....................................... 19 接觸反應(yīng)焊焊接接頭的元素分析 ..................................... 20 工藝參數(shù) 對(duì)擴(kuò)散層厚度的影響 ....................................... 22 溫度 對(duì)擴(kuò)散 層厚度的影響 ....................................... 22 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 保溫時(shí)間 對(duì)擴(kuò)散層厚度的影響 ................................... 23 結(jié) 論 ...........................................25 致 謝 .............................................26 參 考 文 獻(xiàn) ........................................27 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 接觸反應(yīng)焊的意義 接觸反應(yīng)釬焊是利用某些異種金屬能形成共晶的特點(diǎn)，在界面接觸反應(yīng)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(kuò)散在界面處形成共晶反應(yīng)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。屬六方晶系，具完整的層狀解理。比重為 ～ 。根據(jù)層的疊置層序和重復(fù)周期分為兩種類型： ABAB 兩層一個(gè)重復(fù)周期的 2H 型， a0=，c0= nm； Z=4； ABCABC 三層一個(gè)重復(fù)周期的 3R 型， a0=， c0=，Z=6。層內(nèi)極強(qiáng)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(diǎn)，并決定了石墨的特殊性能 [1]。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(dǎo)體材料和高溫導(dǎo)電材料。在空氣 500℃ 開始氧化， 700℃時(shí)水蒸氣可對(duì)其產(chǎn)生侵蝕， 900℃ 時(shí) CO2也能對(duì)其產(chǎn)生侵蝕作用。 吸熱性和散熱性，具良好的吸熱性能，每 1kg 可吸收 (~) 107J 熱量，而金屬材料每 1kg 的吸熱量為 107J；石墨的散熱性能與金屬相當(dāng) 。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途 。 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。 石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途 。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性 。 此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。 對(duì)于石墨的潤(rùn)濕問題，許多學(xué)者曾作了詳細(xì)研究。在純金屬中加入 Ti 等強(qiáng)碳化物元素能夠降低熔點(diǎn)改善潤(rùn)濕性。在眾多關(guān)于石墨的釬焊研究報(bào)導(dǎo)中，都指出一些強(qiáng)烈生成碳化物元素（多數(shù)為過渡族元素），例如 Ti、 Ta、 Zr、 Nb、 V 和 Mo 等可以改善液態(tài)金屬對(duì)石墨的潤(rùn)濕性，即使這些液態(tài)金 屬是對(duì)石墨完全不發(fā)生相互作用的非過渡族元素，如 Au、Ag、 Cu、 Sn 等或它們的合金。對(duì)于孔隙率很大的石墨，會(huì)由于釬料過多地滲入石墨內(nèi)部而使釬焊表面釬料不足。 鈦的焊接性 [6]:鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點(diǎn)，這些焊接特點(diǎn)是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。 （ 1） 氫的影響 氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時(shí)還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于 %，焊縫含碳量不超過母材含碳量。其他許多鈦合金都可以看做是 Ti6Al4V 合金的改型。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。 鈦合金具有質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，耐高溫以及良好的低溫韌性等特點(diǎn) .我國(guó)具有豐富的鈦礦資源，其儲(chǔ)量位距世界前列約占世界的 20%，為我國(guó)鈦合金工業(yè)的發(fā)長(zhǎng)提供了良好的基礎(chǔ)。它句用很高的強(qiáng)度，良好的塑性，有足夠的抗腐蝕性和高溫強(qiáng)度 .鈦的物理化學(xué)性能中最為特出的是比強(qiáng)度高。 150~500℃ 以下且有較好的耐熱性，并有良好的低溫韌性和良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕能力。由于其具有良好的綜合性能，在航空航天、空間技術(shù)、核江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。 上述問題的存在，不但使得異種材料連接困難，而且還影響到接頭組織、性能和力學(xué)行為，甚至嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。但石墨材料的抗拉強(qiáng)度很低，塑性差，其線脹系數(shù)則遠(yuǎn)比一般金屬為低，僅為（ ~） 106/℃ [12]。特別是，由于 擴(kuò)散 焊方法對(duì)母材組織和性能的影響較?。荒覆暮附幼冃屋^??；因此 擴(kuò)散 焊方法成為一種 比較普遍的研究 石墨與金屬的連接方法 [13]。 使用真空 釬 焊的原因 真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進(jìn)的工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結(jié)構(gòu)，而得到光潔的致密，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭 [15]。連接某一材料所需的壓力應(yīng)足以消除工件表面微觀的不平度。 液態(tài)釬料潤(rùn)濕基體金屬表面是形成釬焊接頭的必要條件。 釬料元素向基體金屬的擴(kuò)散 釬焊時(shí)，釬料中合金元素會(huì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散，擴(kuò)散量和擴(kuò)散速度除了與元素的濃度梯度有關(guān)外，還與擴(kuò)散面積和擴(kuò)散時(shí)間成正比。 基體金屬在液態(tài)釬料中溶解 如 果基體金屬和液態(tài)釬料是互溶的，在釬焊過程中，一部分基體金屬有可能溶解于釬料中。 （ 1）釬縫組織 在合金狀態(tài)圖上，如果基體金屬能與釬料形成固溶體，或者基體金屬與釬料合金的基本元素相同，則可得到固溶體組織的釬焊縫。當(dāng)釬料中含硼量高于4%時(shí)，即可形成 Ni2B 的金屬間化合物。 真空 釬 焊的優(yōu)缺點(diǎn) 真空釬焊的的優(yōu)點(diǎn) :(1)全部釬焊過程，被釬焊零件處于真空條件下，不會(huì)出現(xiàn)氧化，添碳，脫碳及污染變質(zhì)等現(xiàn)象。 (5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時(shí)完成 。 (8)開闊了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)途徑，對(duì)帶有狹窄溝槽極小的過度臺(tái)盲孔的部件和密容器形狀復(fù)雜的零件組圖均可采用，無須考慮由釬劑引起的腐蝕，清洗，破壞等問題 .因?yàn)檎婵这F焊的適應(yīng)性強(qiáng)所以它有很好的經(jīng)濟(jì)性 .對(duì)于釬焊金屬零件需具備以下 3 個(gè)因素 :充滿接頭的釬料，防 止氧化的真空和零件的加熱方法。 真空釬焊對(duì)釬焊前零件表面粗 糙度、裝配質(zhì)量、配合公差等的影響比較敏感，對(duì)工作環(huán)境和工人理論水平要求較高，應(yīng)用受到一定的限制。為了實(shí)現(xiàn)釬焊過程，必須徹底清除并防止繼續(xù)生成這種氧化薄膜。 因此，真空釬焊接頭的形成，包含三個(gè)相互有關(guān)的過程。石墨經(jīng)表面處理后再釬焊的方法由于增加了一道工序，因而應(yīng)用不廣，但在一些特殊的場(chǎng)合有其不可替代作用。石墨與 鈦合金 的直接釬焊要根據(jù)要求選用相應(yīng)的活性釬料。因此研究石墨和鈦合金的接觸反應(yīng)具有重要的意義 [19] 本