【正文】 （ 3）由實驗結果可知石墨 /TC4 合金 的 接觸反應焊接合適的 焊接工藝參數 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 。在其他焊接工藝不變的條件下， 保溫 時間的增加有利于材料原子擴散更加充分，從而使接頭成分和組織更加均勻。由圖 32 我可知，在 a 圖和 b 圖中，試樣在反應中 Ti 元素和 Ni 元素都形成了大量的液相，但加 溫 1000℃ 時， Ni 元素和 Ti 元素的反應更劇烈也更充分，擴散入中心焊縫的 Ti 元素被大量消耗，與 Ni 元素形成 Ti 與 Ni 的化合物 Ti2Ni，使得中心焊縫變窄，并在中心焊縫形成大量 Ti2Ni 化合物。由圖34 可知，點 A 是在焊縫區(qū)，由圖 33 可知，在反應 Ti 元素與 Ni 元素形成 Ti/Ni 化合物。 圖 31 1000℃ 3min， Ni 箔中間層的試樣線掃描圖 Ti C Al Ni V 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 接觸反應焊焊接接頭的元素分析 接頭具有化學成分和組織不均勻的特點。 石墨和 TC4合金 接觸反應機理 結合有關擴散及凝固理論，反應層形成及生長可分為等溫凝固和冷卻凝固兩個階段。 選擇合適的中間層同樣很重要，中間層選 擇應該遵守以下原則：容易塑性變形，熔點比母材低。如 Ni 基合金表面容易形成氧膜，擴散連接時，由于微量氧的存在，可在連接界面促進碳化物和氮化物的形成，影響接頭性能。真空中的材料在溫度升高時，氣體會從零件和真空室內壁中析出。因為 TC4 合金的成分是一個范圍區(qū)間，所以 TC4 合金的 是一個很寬的溫度區(qū)間，但 TC4 合金擴散焊的最低溫度要在共析溫度以上。 在掃描電子顯微鏡對試樣焊縫做線掃描，使用能譜儀做點的成分分析，拍攝顯微照 片，并進行分析。 實驗過程 試樣處理 （ 1） 清除氧化膜：進行 真 空 釬 焊的零件，一般都是經過精加工的，表面很少存在較厚的氧化皮，但仍可能會存在一層氧化膜， 試樣 入爐前一定要除去這些氧化物。待程序結束后，關閉真空爐的加熱電源，等到水冷到 200℃時關閉真空泵，等到真空泵冷卻 40 分鐘時關閉機械泵，停止整個系統(tǒng)。焊接前，將 純 C 和TC4 合金 加工成 20mm20mm2 mm大小。石墨與 鈦合金 釬焊接頭的熱應力主要是由于石墨與釬料之間的線膨脹系數差別而引起的。一是真空條件下氧化膜江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 的去除過程；二是釬料填滿釬焊間隙的過程；三是釬料與母材基體金屬相互進行物理化學作用的過程。 真空設備復雜，一次性投資大，維修費用高。選擇適當的釬焊工藝參數，還可將釬焊安排為最后的程序，而得到符合要求的釬焊接頭。 如果接頭間隙很小，硼、硅等形成化合物的元素就容易擴散到基體金屬中，但由于結晶時間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。只要溶解量在適當的范圍內，對于接頭性能是有利的。衡量液態(tài)釬料對基體金屬潤濕性的標準是潤濕系數。 材料的擴散焊是以 “物理純 ”表面的主 要特性之一為根據，該種表面由于開裂的原子鍵而具有 “結合 ”能力。石墨是一種多孔材料，在空氣中溫度為 400℃以上時能急劇氧化。如航空發(fā)動機和航天推進系統(tǒng)以及核工業(yè)中的異種金屬導管結構、熱管結構、陶瓷金屬結構、航空航天儀表的雙金屬構件；電子行業(yè)中集成電路板的制造、電子封裝以及高級鋁銅散熱器；汽車行業(yè)中的鋁鋼連接結構；冰箱中的鋁銅管路結構等都是異種材料連接結構 [10]。在大氣，海水和許多強腐蝕介質中也軍郵良好的抗腐蝕性能。 另外， 20 世紀 70 年代以來，還出現(xiàn)了 TiNi、 TiNiFe、 TiNiNb 等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應用。 TC4的 特點 鈦是 20 世紀 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金 因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀 TiH2增多。而對于 高密度石墨，釬料很難滲入石墨表面層，相對降低了釬料與石墨的結合力。研究表明活性元素 Ti 的含量對石墨 /Ni + Ti 體系潤濕性有顯著影響。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國已 用它 作 為汽車電池。 柔性石墨制品。單晶硅的晶體生長坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應加熱器等都是用 高純石墨加工而成的。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在 200～ 2020℃ 溫度中在很高的滑動速度下，不用潤滑油工作。 石墨的應用及用途 石墨的一個主要用途是生產耐火材料，包括耐火磚，坩堝，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯 ，鑄模 ， 洗滌劑和耐高溫材料。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。層內原子間距 ，層間距 。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。 when the middle layer of Cu/Ni foil, heating temperature of 980℃ insulation time . Keywords: graphite。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構。 關鍵詞： 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。 石墨的材料特性 石墨是碳質元素結晶礦物，它的結晶格架為六邊形層狀結構。 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，可多達 10～ 20%。 2500℃ 時石墨的強度反而比 室溫時提高一倍 [2]。 潤滑性和可加工性，具良好的潤滑性能，其摩擦系數在潤滑介質小于 。其中以石墨電極應用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強大的電流通過電極導入電爐的熔煉區(qū)，產生電弧， 使電能轉化為熱能，溫度升高到左右，從而達到熔煉或反應的目的 [4]。廣泛應用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。特別是其中硼含量應少于 。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領域。所得結果顯示，過渡族元素一般能對石墨潤濕，而非過渡族只有Al 和 Si 能對石墨潤濕，但 Al 在 1000℃ 以上時才能對石墨有一定潤濕性 ,( 1000℃時 ,θ=75o)，在 1000℃ 以下則 θ90o 不能潤濕石墨。各種活性元素所以能改善液態(tài)金屬對石墨的潤濕性的機理，主要是由于它們在接觸界面處偏析，并與石墨產生強烈化學反應，生成連續(xù)的碳化物薄層，降低了液態(tài)金屬與石墨間的表面能。但試驗表時，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、 氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。 （ 4） 碳的影響 碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質，實驗表明，當碳含量為 %時，碳因深在α鈦中，焊縫強度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強烈。耐熱鈦合金的使用溫度已從 50 年代的 400℃ 提高到 90 年代的 600～650℃ 。另外，鈦合金還具有塑性好，容易加工成型的特點。cm2 退火 931 10 淬火時效 1080 8 —— 連接石墨與異種材料方法選擇 既然 石墨是重要 的 非金屬材料 ，那么想要更好的利用石墨的諸多優(yōu)良性能，就必須涉及到石墨與異種材料的連接問題 。 但是由于 石墨的原子鍵結合得很牢固，在高溫下強度大，吸收熱中子截面小，導熱性好，具有極高的熔點（升華溫度）和耐熱沖擊性能。 （ 2）石墨的線膨脹系數遠低于大多數金 屬材料，在焊接降溫過程中接頭處會產江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 生很大的殘余應力，且石墨的抗拉強度很低，極易產生裂紋，使接頭的強度下降。 真空 釬 焊原理 真空釬焊時去除氧 化膜的機理主要有：氧化膜在高溫、高真空中可自行分解；金屬元素和金屬氧化物的揮發(fā)破壞了金屬表面的氧化膜等，對于高合金鋼而言，是由于氧化物破裂，釬料滲入后與碳反應產生二氧化碳，對于鋁合金而言，由于 Al2O3 與碳作用生成了低價氧化物；鈦合金則是因為表面化合物增厚而破裂。擴散的結果，在靠近基體金屬的釬縫附近形成固溶體，當釬料元素能與基體金屬形成共晶時，釬料組元會向基體金屬的晶界，形成的低熔共晶體叫做晶間滲入。 （ 2）金屬間化合物 金屬間化合物一般硬而 脆，會降低接頭的塑性和強度，特別是當化合物形成連續(xù)層時，影響更大。 (3)基體金屬了釬料周圍存在低壓，能夠排除金屬在釬焊溫度下釋放出來的揮發(fā)氣體和雜質，可使基體金屬性能得以改善。 真空 釬焊 的缺點： 在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對含易揮發(fā)元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。在一般釬焊方法中，主要是通過釬劑的化學作用或介質氣體的還原作用去除氧化膜的。它利用釬料中含有的活性元素與石墨反應，在界面處生成碳化物而改善潤濕性， Ti、 Zr、 Hf 等過渡金屬，具有很強的化學活潑性，對于碳具有較強的親和力，它們很容 易與 Cu、 Ni、 Ag 等形成活性合金釬料。 （ 3） 確定使用真空 釬 焊石墨 /TC4 合金 的最佳 焊接 工藝。真空釬焊爐使用加熱感應線圈，產生熱感應，同時對試樣進行加熱。 觀察及分析設備 本試驗所使用到的 觀察及分析試驗 設 備型號、性能指標如表 22 所示。 金 相試樣制備 將鑲嵌好的試樣先用 1000水砂紙打磨出平整的觀察面，之后再用 1~5金相砂紙進行細磨（同一號砂紙打磨的方向要一致，不同號的砂紙打磨方向互相垂直），然后將磨好試樣在拋光機上進行拋光，直至在顯微鏡下面觀察無劃痕。但是，加熱溫度受到再結晶、低熔共晶和金屬間化合物生成等因素的影響。在實際擴散連接工藝中，連接時間從幾分鐘到幾小時，甚至達到幾十小時。對于難變形的材料，擴散連接時選用質金屬或合金做中間層，利用中間層的塑性變形和塑性流動，使結合界面達到緊密接觸，提高物理接觸效果和減少達到緊密接觸所需的時間。例如， Mo 直接擴散連接，溫度為 1260℃ ，而采用 Ti 箔作為中間層，連接溫度只需 930℃ 控制接頭應