【正文】 （ 3）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知石墨 /TC4 合金 的 接觸反應(yīng)焊接合適的 焊接工藝參數(shù) 為：當(dāng)中間層是 Ni 箔時(shí)， 加熱溫度 980℃ ，保溫時(shí)間 3min；當(dāng)中間層是 Cu/Ni 箔時(shí)，加熱溫 度 980℃ ，保溫時(shí)間 。在其他焊接工藝不變的條件下， 保溫 時(shí)間的增加有利于材料原子擴(kuò)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(yīng)中 Ti 元素和 Ni 元素都形成了大量的液相，但加 溫 1000℃ 時(shí)， Ni 元素和 Ti 元素的反應(yīng)更劇烈也更充分，擴(kuò)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(diǎn) A 是在焊縫區(qū)，由圖 33 可知，在反應(yīng) 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 接觸反應(yīng)焊焊接接頭的元素分析 接頭具有化學(xué)成分和組織不均勻的特點(diǎn)。 石墨和 TC4合金 接觸反應(yīng)機(jī)理 結(jié)合有關(guān)擴(kuò)散及凝固理論，反應(yīng)層形成及生長可分為等溫凝固和冷卻凝固兩個(gè)階段。 選擇合適的中間層同樣很重要，中間層選 擇應(yīng)該遵守以下原則：容易塑性變形，熔點(diǎn)比母材低。如 Ni 基合金表面容易形成氧膜，擴(kuò)散連接時(shí)，由于微量氧的存在，可在連接界面促進(jìn)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(shí)，氣體會(huì)從零件和真空室內(nèi)壁中析出。因?yàn)?TC4 合金的成分是一個(gè)范圍區(qū)間，所以 TC4 合金的 是一個(gè)很寬的溫度區(qū)間，但 TC4 合金擴(kuò)散焊的最低溫度要在共析溫度以上。 在掃描電子顯微鏡對(duì)試樣焊縫做線掃描，使用能譜儀做點(diǎn)的成分分析，拍攝顯微照 片，并進(jìn)行分析。 實(shí)驗(yàn)過程 試樣處理 （ 1） 清除氧化膜：進(jìn)行 真 空 釬 焊的零件，一般都是經(jīng)過精加工的，表面很少存在較厚的氧化皮，但仍可能會(huì)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(jié)束后，關(guān)閉真空爐的加熱電源，等到水冷到 200℃時(shí)關(guān)閉真空泵，等到真空泵冷卻 40 分鐘時(shí)關(guān)閉機(jī)械泵，停止整個(gè)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(yīng)力主要是由于石墨與釬料之間的線膨脹系數(shù)差別而引起的。一是真空條件下氧化膜江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jìn)行物理化學(xué)作用的過程。 真空設(shè)備復(fù)雜，一次性投資大，維修費(fèi)用高。選擇適當(dāng)?shù)拟F焊工藝參數(shù)，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(kuò)散到基體金屬中，但由于結(jié)晶時(shí)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(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，對(duì)于接頭性能是有利的。衡量液態(tài)釬料對(duì)基體金屬潤濕性的標(biāo)準(zhǔn)是潤濕系數(shù)。 材料的擴(kuò)散焊是以 “物理純 ”表面的主 要特性之一為根據(jù)，該種表面由于開裂的原子鍵而具有 “結(jié)合 ”能力。石墨是一種多孔材料，在空氣中溫度為 400℃以上時(shí)能急劇氧化。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和航天推進(jìn)系統(tǒng)以及核工業(yè)中的異種金屬導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、熱管結(jié)構(gòu)、陶瓷金屬結(jié)構(gòu)、航空航天儀表的雙金屬構(gòu)件；電子行業(yè)中集成電路板的制造、電子封裝以及高級(jí)鋁銅散熱器；汽車行業(yè)中的鋁鋼連接結(jié)構(gòu)；冰箱中的鋁銅管路結(jié)構(gòu)等都是異種材料連接結(jié)構(gòu) [10]。在大氣，海水和許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中也軍郵良好的抗腐蝕性能。 另外， 20 世紀(jì) 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(yīng)用。 TC4的 特點(diǎn) 鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金 因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。焊縫含氫量變化對(duì)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(duì)于 高密度石墨，釬料很難滲入石墨表面層，相對(duì)降低了釬料與石墨的結(jié)合力。研究表明活性元素 Ti 的含量對(duì)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(yīng)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(dòng)速度下，不用潤滑油工作。 石墨的應(yīng)用及用途 石墨的一個(gè)主要用途是生產(chǎn)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(dǎo)熱性能超過鋼、鐵、江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 鋁，且具有異常導(dǎo)熱性，即導(dǎo)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(nèi)原子間距 ，層間距 。解理面以分子鍵為主，對(duì)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(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞： 石墨 ； TC4；接觸反應(yīng)焊； 界面組織 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(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)。 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(dá) 10～ 20%。 2500℃ 時(shí)石墨的強(qiáng)度反而比 室溫時(shí)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(shù)在潤滑介質(zhì)小于 。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時(shí)，使用石墨電極，這時(shí)強(qiáng)大的電流通過電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧， 使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的 [4]。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、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(yīng)少于 。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。所得結(jié)果顯示，過渡族元素一般能對(duì)石墨潤濕，而非過渡族只有Al 和 Si 能對(duì)石墨潤濕，但 Al 在 1000℃ 以上時(shí)才能對(duì)石墨有一定潤濕性 ,( 1000℃時(shí) ,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(duì)石墨的潤濕性的機(jī)理，主要是由于它們?cè)诮佑|界面處偏析，并與石墨產(chǎn)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，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(yàn)表時(shí)，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)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(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)碳含量為 %時(shí)，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)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(diǎn)。cm2 退火 931 10 淬火時(shí)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(jié)合得很牢固，在高溫下強(qiáng)度大，吸收熱中子截面小，導(dǎo)熱性好，具有極高的熔點(diǎn)（升華溫度）和耐熱沖擊性能。 （ 2）石墨的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于大多數(shù)金 屬材料，在焊接降溫過程中接頭處會(huì)產(chǎn)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 生很大的殘余應(yīng)力，且石墨的抗拉強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生裂紋，使接頭的強(qiáng)度下降。 真空 釬 焊原理 真空釬焊時(shí)去除氧 化膜的機(jī)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(duì)于高合金鋼而言，是由于氧化物破裂，釬料滲入后與碳反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，對(duì)于鋁合金而言，由于 Al2O3 與碳作用生成了低價(jià)氧化物；鈦合金則是因?yàn)楸砻婊衔镌龊穸屏选U(kuò)散的結(jié)果，在靠近基體金屬的釬縫附近形成固溶體，當(dāng)釬料元素能與基體金屬形成共晶時(shí)，釬料組元會(huì)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(huì)降低接頭的塑性和強(qiáng)度，特別是當(dāng)化合物形成連續(xù)層時(shí)，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(zhì)，可使基體金屬性能得以改善。 真空 釬焊 的缺點(diǎn)： 在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對(duì)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(xué)作用或介質(zhì)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(yīng)，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(qiáng)的化學(xué)活潑性，對(duì)于碳具有較強(qiáng)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(yīng)線圈，產(chǎn)生熱感應(yīng)，同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行加熱。 觀察及分析設(shè)備 本試驗(yàn)所使用到的 觀察及分析試驗(yàn) 設(shè) 備型號(hào)、性能指標(biāo)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(jìn)行細(xì)磨（同一號(hào)砂紙打磨的方向要一致，不同號(hào)的砂紙打磨方向互相垂直），然后將磨好試樣在拋光機(jī)上進(jìn)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(jié)晶、低熔共晶和金屬間化合物生成等因素的影響。在實(shí)際擴(kuò)散連接工藝中，連接時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)，甚至達(dá)到幾十小時(shí)。對(duì)于難變形的材料，擴(kuò)散連接時(shí)選用質(zhì)金屬或合金做中間層，利用中間層的塑性變形和塑性流動(dòng)，使結(jié)合界面達(dá)到緊密接觸，提高物理接觸效果和減少達(dá)到緊密接觸所需的時(shí)間。例如， Mo 直接擴(kuò)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(yīng)