【導(dǎo)讀】借助于掃描電鏡和能譜分析等分析測(cè)試手段，分析了接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)。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。大，焊縫則越窄。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。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℃，第3章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.

　　

【正文】 Ni/Ti 化合物，同時(shí)液態(tài)的中間層使的母材的 Ti 元素迅速地向石墨側(cè)移動(dòng)，圖 31 中可以看到石墨側(cè)的 Ti 元素含量很高。擴(kuò)散到石墨側(cè)的 Ti 與 C 反應(yīng)生成 Ti/C 化合物。而處于熔融狀態(tài)的中間層金屬Ni 也相 TC4 側(cè)移動(dòng)，在界面處生成 Ni/Ti 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)。 真空釬 焊（即接觸反應(yīng)焊）焊接 焊接頭可粗略地劃分為擴(kuò)散區(qū)和中心區(qū) 兩 個(gè)部分 ： (1)擴(kuò)散區(qū)它主要由 母材 金屬組成 。 (2)焊縫 中心區(qū)它主要由 金屬化合物 組成，也有母材的溶解 。 （ a） （ b） 圖 32 980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣組織分析圖 表 31 980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣 接頭微區(qū)成分測(cè)試結(jié)果 編 號(hào) 元素原子百分比含量 % C Al Si Ti Fe Ni V A B C D E C TiC 焊 縫 擴(kuò) 散 層 Ti A B C D E 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 33 TiNi 相圖 圖 34 TiC 二元相圖 通過(guò)對(duì)照表 31 我們可以知道，由于在接觸反應(yīng)中 Ti 元素和 Ni 元素形成大量的液相，而 A 點(diǎn)是在 Ti/C 化合物區(qū)，其中的 Ni 等元素是通過(guò)石墨上的間隙小孔滲透入母材石墨，從圖 34 可知，形成了 Ti/C 化合物。 B 點(diǎn)是在焊縫區(qū)，由圖 33 可 知，在接觸反應(yīng)中 Ti 元素向 Ni 中擴(kuò)散， Ti 元素與受到 Ti 元素?cái)D壓而過(guò)飽和的 Ni 元素形成金屬間化合物 Ti2Ni。 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)同樣是在焊縫區(qū)，由于 Ti 元素與 Ni 元素形成大量的液相，是母材中的 Ti 元素?cái)U(kuò)散入中心焊縫區(qū)。 E 點(diǎn)是在擴(kuò)散區(qū)，同理由于 Ni 元素在反應(yīng)中形成的大量液相，擴(kuò)散滲入鈦合金中。 （ a） （ b） 圖 35 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣組織分析圖 表 32 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣 接頭微區(qū)成分測(cè)試結(jié)果 編 號(hào) 元素原子百分比含量 % Al Ti Ni V Cu C A B C D 通過(guò)對(duì)照表 32 我們可知，與 Ti 元素相比， Cu 元素的擴(kuò)散速度明顯 較慢。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。點(diǎn) B 同樣是在焊縫區(qū)，在反應(yīng)時(shí) Ti 元素與 Ni 元素形成大量液相相互滲透， Ti元素?cái)U(kuò)散入中心焊縫區(qū)。同理，在擴(kuò)散區(qū)的 C 點(diǎn)中， Ni 元素滲透入鈦合金中。點(diǎn) D在 Ti/C 化合物層中。 C TiC 焊 縫 擴(kuò) 散 層 Ti D C B A 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 工藝參數(shù) 對(duì)擴(kuò)散層厚度的影響 表 33 擴(kuò)散層厚度對(duì)比表中，加熱溫度 980℃ 的試樣，其焊縫寬度高于 1000℃ 的試樣，而加熱溫度同樣是 980℃ ，保溫時(shí)間 的試樣層厚度高于 3min 和 1min的兩組試樣。 表 33 焊縫寬度對(duì)比表 溫度對(duì)接頭的影響 圖 35 的一組金相照片是對(duì) 980℃、 1000℃不同溫度的相同保溫時(shí)間的試樣來(lái)進(jìn)行分析。通過(guò)固定保溫時(shí)間，不同的加熱溫度，來(lái)找到適合石墨 /鈦合金焊接的最佳溫度。 (a)1000℃ 3min Ni 箔作中間層的 試樣金相圖 (b)980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣金相圖 圖 36 焊接接頭的金相圖 加熱溫度 / 保溫時(shí)間 /min 中間層 焊縫寬度 /μm 1000 3 Ni 1000 1 Ni 980 3 Ni 980 3 Cu— Ni 980 1 Cu— Ni 980 Cu— Ni 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 34 1000℃ 3min 與 980℃ 3min Ni 箔作中間層 焊縫寬度對(duì)比表 加熱溫度 / 保溫時(shí)間 /min 中間層 焊縫寬度 /μm 1000 3 Ni 980 3 Ni 通過(guò)對(duì)表 34 和圖 36 中 a 圖的分析，我們發(fā)現(xiàn)相比與 b 圖， a 圖的反應(yīng)層更寬，焊縫更窄。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。 所以，當(dāng)保溫時(shí)間相同中間層是 Ni 箔時(shí)，加熱溫度為 980℃ 較為適合。 保溫時(shí)間 對(duì)擴(kuò)散層厚度的影響 保溫時(shí)間也是影響焊縫寬度的關(guān)鍵因素。若是保溫時(shí)間太短，擴(kuò)散未能充分進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊縫中有許多孔洞，焊接接頭強(qiáng)度不高，影響接頭的性能。但超過(guò)材料的極限時(shí)，增加保溫時(shí)間不但不會(huì)起到作用，反而會(huì)使界面組織增大，降低 接頭強(qiáng)度。同時(shí)減少保溫時(shí)間，可以減少釬料與母材的相互作用，避免釬料與母材的強(qiáng)烈溶解，造成焊縫寬度的減少，降低接頭的性能。 總的來(lái)說(shuō)，在確保充分?jǐn)U散的條件下，保溫時(shí)間愈短愈好。一般來(lái)說(shuō)，保溫時(shí)間不是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，應(yīng)該根據(jù)其他的參數(shù)綜合考慮。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。對(duì)異種材料擴(kuò)散而言，尤其是相互間易生成金屬間化合物的異種材料， 保溫 時(shí)間的增加進(jìn)一步促進(jìn)了金屬間化合物的生長(zhǎng)，這些硬脆的金屬間化合物加劇了接頭性能的下降。因此，對(duì)焊接過(guò)程中易形 成金屬間化合物的材料焊接應(yīng)嚴(yán)格控制焊接時(shí)間，抑制接頭中有害組織的產(chǎn)生，避免接頭性能惡化。 因此通過(guò)圖 37，我們可以發(fā)現(xiàn)加熱溫度、中間層相同時(shí)，保溫 1min 和 3min的試樣 Ti 元素與 Ni 元素的反應(yīng)較為劇烈，對(duì)中間層的消耗較大，使得焊縫的寬度變窄，中心焊縫的化合物變多。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 (a) 980℃ 1min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (b)980℃ 3min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (c)980℃ Cu/Ni 箔作中間層 的試樣線掃描圖 圖 37 焊接接頭的線掃描圖 綜上所述， 結(jié)合 溫度的影響，選擇 Ni 箔做中間層時(shí) 980℃ 保溫 3min 較為合適。選擇 Cu/Ni 中間層時(shí) 980℃ 保溫 30s 較為合適。 C Ti V Al Ni Ti C Al Ni Ti C Al V Ni 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 結(jié) 論 通過(guò)改變加熱溫度 和保溫時(shí)間 來(lái)真空 釬 焊 焊石墨 /TC4 合金 ，對(duì)其焊縫接頭進(jìn)行微觀分析，得出結(jié)論： （ 1）當(dāng)保溫時(shí)間中間層等變量相同時(shí)，加熱溫度越高，試樣的擴(kuò)散層越大，焊縫越窄。 （ 2）當(dāng) 加熱溫度 中間層等變量 不變時(shí)，保溫時(shí)間越 短 ，擴(kuò)散層就越大。 （ 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 。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 致 謝 本文是在導(dǎo)師祁凱老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精、勇于創(chuàng)新的科研精神和敏銳的洞察力使我受益匪淺。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法。值此論文完成之際，謹(jǐn)對(duì)導(dǎo)師在學(xué)術(shù)上的教導(dǎo)與在畢業(yè)設(shè)計(jì) 期間給予的幫助致以最誠(chéng)摯的謝意。 感謝實(shí)驗(yàn)室所有的老師和同組實(shí) 驗(yàn)的同學(xué)對(duì)我提供的幫助！ 感謝評(píng)審和答辯的各位老師！ 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 參 考 文 獻(xiàn) [1] 徐慶元，李寧，熊國(guó)剛，張偉，趙偉 . 鈦基纖料纖焊石墨與 TZM 合金接頭組織與性能研究 . 2020， 12： 1 [2] 胡智榮，李玉平，肖漢寧，等 . 柔性石墨用耐高溫涂料的研制 [J]. 涂料工業(yè) ， 2020， 8 (11)：2124 [3] 胡法竹 . 石墨與鈦、鎳、銅金屬材料的連接方法 . 1997， 12 [4] 莊全超 ， 魏國(guó)禎 ， 董全峰 ， 等 . 溫度對(duì)石墨電極性能的影響 [J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào) ， 2020， 25(3)：406410. 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